WO2019066266A1 - 전자기 펄스 접합 기술을 적용한 배터리 모듈 하우징 및 배터리 모듈 하우징 제조 방법 - Google Patents

전자기 펄스 접합 기술을 적용한 배터리 모듈 하우징 및 배터리 모듈 하우징 제조 방법 Download PDF

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신은규
정태진
강달모
문정오
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Definitions

  • the present invention relates to a battery module housing, a battery module housing having a structure capable of performing an assembly positioning between components and setting an initial gap between joint materials without performing a separate jig when performing an electromagnetic pulse bonding process, and a manufacturing method thereof .
  • the battery module may include a plurality of battery cells stacked in one direction and electrically connected in series and / or parallel to the electrode leads, and a battery module housing for accommodating and packaging the battery cells.
  • the battery module housing serves as a case for providing mechanical support force to the battery cells having insufficient mechanical rigidity and protecting them from external impacts.
  • the battery module housing can be manufactured in various forms according to the battery module. In recent years, as disclosed in KR Patent Publication No. 10-2017-0083834 (Jul. 07, 2017), a large number of square tube structures .
  • the mono frame may be integrally manufactured by extrusion or die casting, or may be manufactured by combining a top plate, a lower plate, and two side plates by snap-fit, bolting, or welding.
  • a mono frame is integrally manufactured by a die-casting method, or four plates are joined by a welding method.
  • Solid-state bonding technology is a technology that can maximize the characteristics of integrated parts by minimizing the occurrence of defects in the joints by preserving the inherent characteristics of the base material by preventing or minimizing the melting of the base material.
  • the development of new metal materials such as composite materials and the development of high-tech industries have led to the development of the solid-state welding technology, which is why the existing fusion welding technology requires materials that can not be bonded, complex shapes, high quality and high precision It is possible to join the material.
  • Electromagnetic pulse technology can be used for junction of battery module housing.
  • Electro Magnetic Pulse Technology generates instantaneous current in one base material due to instantaneous current flowing in coil, and by Lorentz force This is a technique in which one base material shape is deformed and the other base material is collided at a high speed while being collided.
  • an induction current should be generated at one end of the top plate in a state in which one end of the top plate and the top plate of the side plate are spaced apart from each other by a predetermined distance.
  • the setting jig is used to set the interval to be constant, but such an operation is not easy.
  • the induction current density is low at both ends of the base material, the Lorentz force is insufficient and the collision speed is low, so that the part is often left unbonded.
  • the unbonded portion is very vulnerable to an external impact, which may easily cause a crack in the battery module housing. Therefore, it is possible to more easily perform the electromagnetic pulse coupling in the battery module housing, and a method for eliminating the unbonded portion is required.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a plier and a target structure capable of applying an electromagnetic pulse welding technique requiring an initial gap between the base materials to be bonded, And a method of manufacturing the battery module housing.
  • a battery module housing in the form of a tube in which an inner space capable of housing battery cells is formed, the battery module housing comprising: a target portion that is positioned to face each other and is specified as an upper end and a lower end along the longitudinal direction; First and second side plates having vertically protruded spacers; And a second side plate having a first side plate and a second side plate, the first side plate and the second side plate being horizontally disposed on upper and lower sides of the first and second side plates, respectively, and supported by spacers of the first and second side plates,
  • a battery module housing including a tower having a plier portion that is joined to the target portion by a lower plate and a lower plate.
  • the fryer section is specified as both ends of the tower and the lower plate
  • the tower and lower plate include a lid section formed between the fryer sections located at both ends two locations, the lid section being thicker than the plyer section, And can be fitted to the space between the spacer of the side plate and the spacer of the second side plate and positioned relative to the first and second side plates.
  • the spacer may be provided at one side edge of the target portion close to the inner space side.
  • the flier portion and the lid portion form a step
  • the spacer may have a rectangular cross-sectional shape and may be placed on a step surface of the flier portion and the lid portion.
  • the spacer has a round structure on one side facing the inner space and can contact the lid.
  • the spacer may have a chamfered structure on the other side located opposite to the one side.
  • the fryer unit may include a notched portion extending longer than the length of the target portion before electromagnetic pulse welding and having an unbonded portion that is not bonded to the target portion and inducing the unbonded portion to be broken by an impact upon electromagnetic pulse bonding have.
  • a planar structure comprising: a first and a second side plate having a target portion defined by an upper end and a lower end along a longitudinal direction and spacers vertically protruding from the target portion; and a pillar portion And a lower plate; Wherein the first and second side plates are disposed to face each other and the tower or the lower plate is disposed horizontally with respect to the first and second side plates, So as to maintain a gap between the target portion and the target portion while being opposed to the target portion; And an EMP bonding step of forming an induction current in the flier section and bonding the flier section to the target section with an electromagnetic force.
  • top and lower plates are provided with a lid portion that is thicker than the ply portion between two ply portions specified by both ends so that in the positioning step the spacer of the first side plate and the spacer of the second side plate And can be positioned relative to the first and second side plates.
  • the spacer may be provided at one side edge of the target portion close to the inner space.
  • the flier portion and the lid portion form a step
  • the spacer may have a rectangular cross-sectional shape and may be placed on a step surface of the flier portion and the lid portion.
  • the spacer has a round structure on one side facing the inner space side and can contact the lid part.
  • the spacer may have a chamfered structure on the other side located opposite to the one side.
  • the flier unit may include an unbonded portion that is longer than the length of the target portion before electromagnetic pulse bonding and is not bonded to the target portion.
  • the flier may further include a notch for guiding the unbonded portion to be broken by an impact upon the bonding in the EMP bonding step.
  • a battery module housing having a pliers and a target structure capable of applying an electromagnetic pulse welding technique requiring an initial gap between the base materials to be bonded to a battery module housing junction without a separate jig, A manufacturing method can be provided.
  • FIG. 1 is a schematic exploded perspective view of a battery module housing according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2 and 3 are perspective views of a battery module housing before and after electromagnetic pulse welding according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 4 and 5 are cross-sectional views of a battery module housing before and after electromagnetic pulse welding according to an embodiment of the present invention.
  • Figs. 6 and 7 are enlarged views of main parts of Figs. 4 and 5. Fig.
  • FIGS. 8 and 9 are enlarged cross-sectional views of major portions of a battery module housing before and after electromagnetic pulse welding according to another embodiment of the present invention.
  • FIG 10 is a reference view showing a state in which the spacer is inclined due to an impact upon electromagnetic pulse welding.
  • 11 is a reference view showing an electromagnetic pulse bonding specimen.
  • FIGS. 12 and 13 are perspective views of a battery module housing before and after electromagnetic pulse welding according to another embodiment of the present invention.
  • Figs. 14 and 15 are enlarged views of main parts of Figs. 12 and 13. Fig.
  • 16 is a flowchart of a method of manufacturing a battery module housing according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic exploded perspective view of a battery module housing according to an embodiment of the present invention
  • FIGS. 2 and 3 are perspective views of a battery module housing before and after electromagnetic pulse welding according to an embodiment of the present invention.
  • the battery module housing 100 of the present invention described below is a structure for housing the battery cells 200 in its internal space, but may be used for storing articles other than battery cells, if necessary.
  • the battery cells housed in the battery module housing 100 of the present invention may be pouch type secondary batteries.
  • the battery cells may be stacked in the horizontal direction or stacked in the vertical direction so as to be housed in the battery module housing 100.
  • the battery module housing 100 includes first and second side plates 10 and 20 that form both sides of an internal space into which a plurality of battery cells can be accommodated, And a top and lower plate (30, 40) forming upper and lower sides of the inner space.
  • the battery module housing 100 provides a mechanical support force for the stored battery cells and protects the battery cells from external impacts. Therefore, the four plates 10, 20, 30, and 40 constituting the battery module housing 100 may be made of a metal material so that rigidity can be secured.
  • the first and second side plates 10 and 20 and the top and lower plates 30 and 40 are plate-shaped structures, and four corners where the first and second side plates 10 and 20 meet with each other are bonded by electromagnetic pulse And can be integrated into a mono frame of a rectangular tube shape.
  • an induction current is generated in one base material due to a high current instantaneously flowing in the coil, and the base material is deformed by the Lorentz force, and the base material is collided with the other base material while colliding at a high speed.
  • the electromagnetic pulse welding technique When the electromagnetic pulse welding technique is applied to the battery module housing 100, it is possible to perform bonding at a low temperature without melting the base material, thereby minimizing the occurrence of defects at the four junctions and maximizing the characteristics of the integrated parts .
  • the flier portions 31, 32, 41, and 42 corresponding to the joint portions and the target portions 11, , 22) is designed to be capable of setting the initial gap, so that the joining preparation process is simple and easy to join, and the joining tolerance can be reduced.
  • the quality of the joining of the battery module housing can be improved.
  • FIG. 1 the first side plate 10 and the second side plate 20 are symmetrically symmetrical in the horizontal direction, and the top plate 30 and the lower plate 40 have the same configuration So that duplicate descriptions of the same components will be omitted.
  • the first side plate 10 and the second side plate 20 may have the same thickness and shape.
  • the top plate 30 and the lower plate 40 may have the same thickness and shape.
  • the thickness of the first and second side plates 10 and 20 is relatively thicker than the thickness of the top and lower plates 30 and 40.
  • the first and second side plates 10 and 20 according to the present invention have a target portion 11,12,21,22 and a top and a lower plate 30,40 have fliers 31,32,41 , 42).
  • the target portions 11, 12, 21, and 22 may be specified as upper and lower ends when the first and second side plates 10 and 20 are erected and the pliers 31, 32, 41, and 42 Can be specified as both ends located on the left and right sides when the top and lower plates 30 and 40 are horizontally disposed.
  • the target portions 11, 12, 21, and 22 are disposed on the first and second side plates 10 and 20 (along the X-axis direction) of the battery module housing 100 ,
  • the flier units 31, 32, 41, and 42 may be specified by the top and bottom plates 30 and 40 facing up and down the target portions 11, 12, Quot;).
  • the target portions 11, 12, 21, and 22 and the pliers 31, 32, 41, and 42 are mutually joined.
  • the target portions 11, 12, 21, (31, 32, 41, 42) are collided with the target portions (11, 12, 21, 22) by applying an electromagnetic pulse welding technique in a state in which the fingers .
  • an induced current may be formed only in the flier units 31, 32, 41, and 42.
  • the first and second side plates 10 and 20 include spacers 13, 14 formed vertically protruding from the target portions 11, 12, 21, 23, 24).
  • the spacers 13, 14, 23, 24 may be provided at one side edge of the target portions 11, 12, 21, 22 close to the inner space side of the battery module housing 100, have.
  • the spacers 13, 14, 23 and 24 serve to set an initial gap G between the pliers 31, 32, 41, and 42 for electromagnetic pulse welding and the target portions 11, 12, can do.
  • the spacers are vertically protruded at predetermined intervals in the upper target portion 11 of the first side plate 10 to support the top plate 30, thereby supporting the pliers 31 of the top plate 30 and the first A gap G exists between the upper target portions 11 of the side plate 10 as shown in FIG.
  • the gap G between the target portions 11, 12, 21, 22 and the pliers 31, 32, 41, 42 is the minimum gap G necessary for electromagnetic pulse welding.
  • an induction current is formed in the fliers 31, 32, 41, and 42 while the gap G is maintained, the fliers 31, 32, 41, 22, the fliers 31, 32, 41, 42 and the target portions 11, 12, 21, 22 can be joined together as shown in Fig.
  • top and lower plates 30, 40 are respectively provided with lid portions 33 (33, 41, 42) formed thicker than the pliers 31, 32, 41, 42 between the pliers 31, , 43).
  • the top plate 30 has the lid portions 33 and 43 relatively thicker than the ply portions 31, 32, 41 and 42 at both ends and has a step between the lid portions 33 and 43, As shown in Fig.
  • the upper spacers 13, 14, 23 and 24 of the first and second side plates 10 and 20 are connected to the fryer portions 31, 32, 41 and 42 at both ends of the top plate 30 and the lid portions 33, 43 in a rectangular shape.
  • the top plate 30 is configured such that the lid portion 33 is fitted in the space between the spacer 13 of the first side plate 10 and the spacer 23 of the second side plate And can be horizontally positioned on top of the first and second side plates 10, 20.
  • the lower plate 40 can be positioned horizontally below the first and second side plates 10, 20.
  • the tolerance in electromagnetic pulse welding can be reduced.
  • FIG. 8 to 9 The same reference numerals as those in the above-described embodiment denote the same members, and a description of the same components will be omitted, and differences from the above-described embodiments will be mainly described.
  • the spacer 13, 14, 23, 24 according to another embodiment of the present invention has a side 13a facing the inner space side of the battery module housing 100, And the other side portion 13b located opposite to the one side portion 13a is provided in a shape having a chamfer structure.
  • the spacers 13 of the above-described embodiment are provided in a rectangular shape so as to face the top plate 30 at right angles to easily assemble the top plate 30 in the space between the spacers, and after the assembly, the top plate 30 is stably fixed
  • cracks may occur due to an impact when the electromagnetic pulse welding is performed, and breakage of the spacers 13, 14, 23, and 24 may occur.
  • the square-shaped spacer 13 of the above-described embodiment is deformed by the strong load resulting from the deformation of the pliers 31, so that the spacers 13 are prevented from being brought into contact with the joints of the pliers 31 and the targets 11 Direction by an angle of &thetas; At this time, the corresponding portion of the top plate 30, which is perpendicularly intersected with the spacer 13, may be cracked due to impact.
  • the spacers 13, 14, 23 and 24 according to the present embodiment are different from the above-described embodiments in that the one side portion 13a has a round structure and abuts against the lid portion 33 of the top plate 30 And the other side portion 13b located on the opposite side of the one side portion 13a has a structure in which the width gradually increases from the upper end to the lower end of the spacers 13, 14, 23 and 24 in a chamfered structure.
  • the one side portion 13a of the round structure can prevent cracking and gap spreading in the portion of the top plate 30 which is in contact with the electromagnetic wave pulse by alleviating an impact upon electromagnetic pulse welding.
  • the width of the other side portion 13b of the chamfered structure gradually increases from the upper end to the lower end, even when subjected to a load at the time of deformation of the pliable portion 31, Or may not collapse.
  • the battery module housing 100 according to the present embodiment having such spacers 13, 14, 23, and 24 can prevent cracks around the spacers 13, 14, 23, and 24 due to impacts during electromagnetic pulse welding, It is possible to prevent the breaking of the spacers 13, 14, 23, and 24, and the structural robustness and the bonding reliability of the battery module housing 100 can be further improved.
  • FIG. 11 Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 11 to 15.
  • FIG. 11 Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 11 to 15.
  • both ends of the bonded specimen remain in the unmated state (M) when the bonded specimen according to the electromagnetic pulse bonding technique is examined. This is because the density of the induced current by the coil is the lowest at both ends of the base material, so that the Lorentz force and thus the collision speed are not sufficient.
  • the pliers 31, 32, 41, and 42 of the top and lower plates 30 and 40 before electromagnetic pulse welding 12, 21, 22) of the first side plate 10 and the second side plate 20 so as to be longer than the lengths of the target portions 11, 12, 21, 22 of the first side plate 10 and the second side plate 20, (31a, 32a, 41a, 42a) which do not face each other and do not face each other.
  • the unbonded portions 31a, 32a, 41a, and 42a may be formed to have a size of about 1 to 2 mm.
  • the unbonded portions may correspond to both end portions of the fryer portions 31, 32, 41, and 42, and induction current may be insufficiently formed at the electromagnetic pulse bonding at this point .
  • the sections of the pliers 31, 32, 41, and 42 excluding the unbonded portions 31a, 32a, 41a, and 42a are matched with the lengths of the target portions 11, 12, Lt; / RTI >
  • the sections of the pliers 31, 32, 41, and 42 except for the non-joined portions 31a, 32a, 41a, and 42a are sections that face the entirety of the target portions 11, 12, 21,
  • the density of the induced current at the time of bonding can be sufficiently secured. Therefore, the entirety of the sections of the pliers (31, 32, 41, 42) and the entirety of the target portions (11, 12, 21, 22) except for the unbonded portion can be fully bonded to improve the bonding quality of the battery module housing .
  • the unbonded portions 31a, 32a, 41a and 42a in the top and lower plates 30 and 40 may cause interference with other components as well as adverse effects such as cracks during external impact, .
  • the fliers 31, 32, 41, and 42 according to the present embodiment have notches 31b formed at both ends of the fliers 31, 32a, 41a, 42a to be cut off by themselves in electromagnetic pulse welding.
  • the notches 31b may be formed at four corners, one at a time. More specifically, the notch 31b may be provided at the boundary between the non-joint section and the joint section of the pliers 31, 32, 41, and 42, Can be matched with the edge line of the first line.
  • the method of manufacturing the battery module housing 100 includes the steps of providing the first and second side plates 10 and 20 and the top and lower plates 30 and 40, (S20) for arranging the four plates so that the initial gap (G) of the target portions (11, 12, 21, 22) And an EMP (Electro Magnetic Pulse) bonding step (S30) for forming an induced current in the electrodes (42, 42) to bond the pliers (31, 32, 41, 42) can do.
  • the ply portions 31, 32, 41, and 42 of the top and lower plates 30 and 40 are longer than the lengths of the target portions 11, 12, 21 and 22 of the first and second side plates 10 and 20, It may be set to be about 1 to 2 mm longer.
  • first and second side plates 10 and 20 are disposed to face each other and the top plate 30 is horizontally disposed with respect to the first and second side plates 10 and 20,
  • the first and second side plates 10 and 20 are supported by the spacers 13, 14, 23 and 24 of the first and second side plates 10 and 20, 12, 21, and 22 while facing the target portions 11, 12, 21, and 22 of the target portion 11, 12, 21,
  • the lid portions 33 and 43 of the top plate 30 are fitted into the spaces between the upper spacers 13, 14, 23 and 24 of the first and second side plates 10 and 20,
  • the first and second side plates 10 and 20 can be horizontally supported on the upper side by spanning the spacers 13, 14, 23 and 24 of the first and second side plates 10 and 20.
  • the flier portions 31, 32, 41, and 42 corresponding to both ends of the top plate 30 are connected to the target portions 11, 12, 21, and 22 of the first and second side plates 10 and 20,
  • the initial gap G for the pulse junction is set as it is.
  • an induction current is formed in both the pliers 31 and 32 along the longitudinal direction (X-axis direction) of the top plate 30 using the EMP bonding apparatus.
  • the pliers 31 and 32 of the top plate 30 are strongly contacted with the target portions 11 and 21 of the first and second side plates 10 and 20 by the electromagnetic force (Lorentz force) .
  • the lower plate 40 is fitted in the space between the lower spacers 14, 24 of the first and second side plates 10, 20 in the same manner as the top plate 30,
  • the EMP bonding is performed on the lower end portions 12 and 22 of the pliers 41 and 42 of the lower plate and the first and second side plates 10 and 20 after positioning with respect to the side plates 10 and 20 So that the battery module housing 100 in which the four plates 10, 20, 30, and 40 are integrated into the respective tube shapes can be manufactured.
  • the initial gap (G) setting of the fliers (31,32,41,42) and the target portions (11,12,21,22) (100) itself it is not necessary to provide a separate jig for setting the initial gap (G) when performing electromagnetic pulse bonding. Therefore, the process of joining the battery module housing 100 can be very simplified and the tolerance can be reduced.

Abstract

본 발명의 배터리 모듈 하우징을 개시한다. 본 발명에 따른 배터리 모듈 하우징은, 배터리 셀들을 수납할 수 있는 내부 공간이 형성된 각 관 형태의 배터리 모듈 하우징으로서, 상호 대향하게 기립 배치되고, 길이 방향을 따라 상단과 하단으로 특정되는 타켓부와, 상기 타켓부에서 수직으로 돌출 형성된 스페이서를 구비한 제1 및 제2 사이드 플레이트; 및 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트의 상부 및 하부에 각각 수평하게 배치되되, 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트의 스페이서에 의해 지지되어 상기 타켓부와의 사이에 갭을 유지한 상태에서 전자기 펄스 접합에 의해 상기 타켓부에 접합되는 플라이어부를 구비하는 탑 및 로워 플레이트를 포함할 수 있다.

Description

전자기 펄스 접합 기술을 적용한 배터리 모듈 하우징 및 배터리 모듈 하우징 제조 방법
본 발명은 배터리 모듈 하우징에 관한 것으로서, 전자기 펄스 접합 공정을 수행할 때 별도의 지그 없이 구성품들 간의 조립 포지션닝 및 접합 모재들간 초기 갭(Gap) 설정이 가능한 구조를 갖는 배터리 모듈 하우징 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
본 출원은 2017년 09월 26일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2017-0124419호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
배터리 모듈은 일 방향으로 적층되고 전극 리드들이 전기적으로 직렬 및/또는 병렬된 다수의 배터리 셀들과, 배터리 셀들을 수납하여 패키징하기 위한 배터리 모듈 하우징을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 배터리 모듈 하우징은 기계적 강성이 부족한 배터리 셀들에 기계적 지지력을 제공하고 이들 외부 충격등으로부터 보호하는 케이스 역할을 한다. 배터리 모듈 하우징은 배터리 모듈에 따라 다양한 형태로 제작될 수 있는데 근래에는 KR 공개특허공보 제10-2017-0083834호(2017.07.19)에 개시한 바와 같이, 모노 프레임으로 지칭되는 사각 관 형태로 많이 제작되고 있다.
상기 모노 프레임은 압출이나 다이캐스팅 공법으로 일체로 제작하거나, 탑 및 로워 플레이트 그리고 2개의 사이드 플레이트를 상호 간 스냅-핏, 볼팅 또는 용접 방식으로 결합하여 제작할 수 있다.
여기서 스냇-핏 방식과 볼팅 방식을 적용하여 모노 프레임을 제작할 경우, 조립 공정이 간단하기는 하나 내구성 및 별도의 부품 수 증가에 따른 설계 변경의 어려움과 비용이 증가하는 단점이 있다. 따라서 최근에는 다이캐스팅 공법으로 모노 프레임을 일체로 제작하거나 용접 방식으로 4개의 플레이트를 접합하여 제작하고 있다.
한편, 최근에는 용접 기술 중 고상 접합 기술이 각광받고 있다.
고상 접합 기술은 모재의 용융을 방지 또는 최대한 억제함으로써 모재가 가지고 있는 본래의 특성을 보존하고 접합부의 결함발생을 최소화하여 일체화된 부품의 특성을 극대화할 수 있는 기술이다. 복합재료 등 신 금속 소재의 개발과 첨단 산업의 발달로 고상 접합 기술이 크게 각광을 받고 발전하게 되었으며 이로 인해 기존의 용융용접 기술로는 접합이 불가능한 소재, 복잡한 형상의 소재, 고품질 및 고정밀성이 요구되는 소재 등의 접합이 가능하다.
이에 고상 접합 기술 중 하나로 전자기 펄스 접합이 배터리 모듈 하우징 접합에 사용될 수 있는데, 전자기 펄스 기술(Electro Magnetic Pulse Technology)은 코일에 순간적으로 흐르는 고 전류로 인해 한쪽 모재에 유도전류가 생성되고 로렌츠 힘에 의해 한쪽 모재 형상이 변형되면서 다른 쪽 모재와 높은 속력으로 충돌하면서 접합하는 기술이다.
이러한 전자기 펄스 접합을 시행하려면 예컨대 접합 대상 모재 부분인 탑 플레이트의 일단부와 사이드 플레이트의 상단부를 소정 간격 떨어뜨려 놓은 상태에서 탑 플레이트의 일단부에 유도전류를 생성시켜야 하는데 이때 별도의 포지션닝 및 초기 갭 설정용 지그를 사용하여 상기 간격을 일정하게 설정하지만, 이러한 작업이 과정이 쉽지 않다. 한편, 전자기 펄스 접합 시 모재의 양 끝단의 경우 유도전류 밀도가 낮게 형성되기 때문에 로렌츠 힘이 불충분하여 충돌 속력이 낮아 해당 부분이 미접합 상태로 남는 경우가 많다. 상기 미접합 부분은 외부 충격에 매우 취약해 배터리 모듈 하우징의 크랙을 쉽게 유발시키는 요인이 될 수 있다. 따라서 배터리 모듈 하우징에 전자기 펄스 접합을 보다 용이하게 수행할 수 있으며, 미접합 부분을 없앨 수 있는 방안이 필요한 실정이다.
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 접합 대상 모재들 간에 초기 갭(Gap)이 필요한 전자기 펄스 접합 기술을 별도의 지그 없이 배터리 모듈 하우징 접합에 적용할 수 있는 플라이어 및 타켓 구조를 구비한 배터리 모듈 하우징 및 그의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
다만, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따르면, 배터리 셀들을 수납할 수 있는 내부 공간이 형성된 각 관 형태의 배터리 모듈 하우징으로서, 상호 대향하게 기립 배치되고, 길이 방향을 따라 상단과 하단으로 특정되는 타켓부와, 상기 타켓부에서 수직으로 돌출 형성된 스페이서를 구비한 제1 및 제2 사이드 플레이트; 및 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트의 상부 및 하부에 각각 수평하게 배치되되, 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트의 스페이서에 의해 지지되어 상기 타켓부와의 사이에 갭을 유지한 상태에서 전자기 펄스 접합에 의해 상기 타켓부에 접합되는 플라이어부를 구비하는 탑 및 로워 플레이트를 포함하는 배터리 모듈 하우징이 제공될 수 있다.
상기 플라이어부는 상기 탑 및 로워 플레이트의 양쪽 단부로 특정되고, 상기 탑 및 로워 플레이트는, 각각 양쪽 단부 2곳에 위치한 상기 플라이어부 사이에서 상기 플라이어부보다 두껍게 형성된 덮개부를 포함하며, 상기 덮개부가 상기 제1 사이드 플레이트의 스페이서와 상기 제2 사이드 플레이트의 스페이서 사이 공간에 끼워 맞춤되어 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트에 대해 포지션닝될 수 있다.
상기 스페이서는 상기 내부 공간 측에 가까운 상기 타켓부의 일측 가장자리에 마련될 수 있다.
상기 플라이어부와 상기 덮개부는 단차를 형성하며, 상기 스페이서는 단면이 사각 형태를 취하여 상기 플라이어부와 상기 덮개부의 단차면에 면접할 수 있다.
상기 스페이서는, 상기 내부 공간을 향하는 일측부가 라운드 구조를 취하며 상기 덮개부에 접할 수 있다.
상기 스페이서는, 상기 일측부에 반대편에 위치한 타측부가 챔퍼 구조를 취할 수 있다.
상기 플라이어부는 전자기 펄스 접합 전 상기 타켓부의 길이보다 더 길게 연장되어 상기 타켓부와 접합이 이루어지지 않는 미접합부를 구비하고 전자기 펄스 접합 시 충격으로 상기 미접합부가 끊어져 나가도록 유도하는 노치를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 전자기 펄스 접합 기술을 적용해 배터리 셀들을 수납할 수 있는 내부 공간이 형성된 각 관 형태의 배터리 모듈 하우징을 제조하는 방법에 있어서,
판형 구조물로서, 길이 방향을 따라 상단과 하단으로 특정되는 타켓부와 상기 타켓부에서 수직으로 돌출 형성된 스페이서를 구비한 제1 및 제2 사이드 플레이트와, 양쪽 단부 2곳으로 특정되는 플라이어부를 구비한 탑 및 로워 플레이트를 마련하는 단계; 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트를 상호 대향하게 기립 배치하고, 상기 탑 또는 로워 플레이트를 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트에 대해 수평으로 배치하되, 상기 플라이어부가 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트의 스페이서에 의해 지지되어 상기 타켓부와 대면하면서 상기 타켓부와의 사이에 갭을 유지하도록 하는 전자기 펄스 접합을 위한 포지션닝 단계; 및 상기 플라이어부에 유도전류를 형성하여 전자기력으로 상기 플라이어부를 상기 타켓부에 접합시키는 EMP 접합 단계를 포함하는 배터리 모듈 하우징 제조 방법이 제공될 수 있다.
상기 탑 및 로워 플레이트는 양쪽 단부로 특정되는 2곳의 상기 플라이어부 사이에서 상기 플라이어부보다 두껍게 형성된 덮개부를 구비하여, 상기 포지션닝 단계에서, 상기 제1 사이드 플레이트의 스페이서와 상기 제2 사이드 플레이트의 스페이서 사이 공간에 끼워 맞춤되어 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트에 대해 포지션닝될 수 있다.
상기 스페이서는 상기 내부 공간에 가까운 상기 타켓부의 일측 가장자리에 마련될 수 있다.
상기 플라이어부와 상기 덮개부는 단차를 형성하며, 상기 스페이서는 단면이 사각 형태를 취하여 상기 플라이어부와 상기 덮개부의 단차면에 면접할 수 있다.
상기 스페이서는, 상기 내부 공간 측을 향하는 일측부가 라운드 구조를 취하며 상기 덮개부에 접할 수 있다.
상기 스페이서는, 상기 일측부에 반대편에 위치한 타측부가 챔퍼 구조를 취할 수 있다.
상기 플라이어부는 전자기 펄스 접합 전 상기 타켓부의 길이보다 더 길게 연장되어 상기 타켓부와 접합이 이루어지지 않는 미접합부를 포함할 수 있다.
상기 플라이어부는 상기 EMP 접합 단계에서 접합 시 충격으로 상기 미접합부가 끊어져 나가도록 유도하는 노치를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 접합 대상 모재들 간에 초기 갭(Gap)이 필요한 전자기 펄스 접합 기술을 별도의 지그 없이 배터리 모듈 하우징 접합에 적용할 수 있는 플라이어 및 타켓 구조를 구비한 배터리 모듈 하우징 및 그의 제조 방법이 제공될 수 있다.
발명의 다른 측면에 의하면, 스페이서의 충격 흡수로 플라이어 부분과 타켓 부분의 충돌 시 크랙 방지 및 반발력에 따른 간극 벌어짐을 최소화할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 플라이어부 양단의 유도전류 불충분에 따른 플라이어부와 타켓부 사이에 미접합 부분을 남기지 않음으로써 접합 품질을 높일 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 하우징의 개략적인 분해 사시도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 펄스 접합 전/후의 배터리 모듈 하우징의 사시도들이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 펄스 접합 전/후의 배터리 모듈 하우징의 단면도들이다.
도 6 및 도 7은 도 4와 도 5의 주요 부분 확대도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자기 펄스 접합 전/후의 배터리 모듈 하우징의 주요 부분 확대 단면도들이다.
도 10은 전자기 펄스 접합 시 충격으로 스페이서가 기울어진 상태를 도시한 참고도이다.
도 11은 전자기 펄스 접합 시편을 도시한 참고도이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자기 펄스 접합 전/후의 배터리 모듈 하우징의 사시도들이다.
도 14 및 도 15는 도 12와 도 13의 주요 부분 확대도들이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 하우징 제조방법의 플로차트이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명의 실시형태는 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이므로 도면에서의 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 따라서, 각 구성요소의 크기나 비율은 실제적인 크기나 비율을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 하우징의 개략적인 분해 사시도, 도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 펄스 접합 전/후의 배터리 모듈 하우징의 사시도들이다.
이하에서 설명하는 본 발명의 배터리 모듈 하우징(100)은 배터리 셀들(200)을 그 내부 공간에 수납하기 위한 구조물을 의미하나 필요에 따라서는 배터리 셀 이외에 물품을 수납하는 용도로 사용될 수도 있다.
참고로 본 발명의 배터리 모듈 하우징(100)에 수납되는 배터리 셀은 파우치형 이차전지들일 수 있다. 이 경우, 배터리 셀은 수평 방향으로 적층되거나, 상하 방향으로 적층된 형태로 배터리 모듈 하우징(100)에 수납될 수 있다.
배터리 모듈 하우징(100)은, 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 다수의 배터리 셀들이 수납될 수 있는 내부 공간의 양쪽 측면을 형성하는 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)와 상기 내부 공간의 상부 및 하부 측면을 형성하는 탑 및 로워 플레이트(30,40)를 포함한다.
상기 배터리 모듈 하우징(100)은 수납된 배터리 셀들에 대한 기계적 지지력을 제공하고 외부의 충격 등으로부터 보호하는 역할을 할 수 있다. 따라서 배터리 모듈 하우징(100)을 구성하는 상기 4개의 플레이트들(10,20,30,40)은 강성이 확보될 수 있도록 금속 재질로 마련될 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)와 탑 및 로워 플레이트(30,40)는 판형 구조물로서 이들이 서로 만나는 4곳의 모서리 부분들이 전자기 펄스(Electro Magnetic Pulse) 접합 방식에 의해 접합되어 사각 관 형태의 모노 프레임으로 일체화될 수 있다.
여기서 전자기 펄스 접합 기술은, 코일에 순간적으로 흐르는 고 전류로 인해 한쪽 모재에 유도전류가 생성되고 로렌츠 힘에 의해 한쪽 모재 형상이 변형되면서 다른 쪽 모재와 높은 속력으로 충돌하면서 접합하는 기술이다.
이러한 전자기 펄스 접합 기술을 배터리 모듈 하우징(100) 접합에 적용할 경우, 모재의 용융 없이 저온 상태에서 접합이 가능해져 상기 4곳의 접합부의 결함발생을 최소화할 수 있고 일체화된 부품의 특성을 극대화할 수 있다.
자세히 후술하겠지만, 본 실시예에 따른 배터리 모듈 하우징(100)의 경우, 전자기 펄스 접합을 수행할 때, 접합부에 해당하는 플라이어부(31,32,41,42)와 타켓부(11,12,21,22)의 초기 갭 설정이 가능한 구조로 설계됨으로써 접합 준비 과정이 간단하고 쉽게 접합할 수 있어 접합 공차를 줄일 수 있다. 이에 따라 배터리 모듈 하우징의 접합 품질이 향상될 수 있다.
이하에서 도 4 내지 도 7을 참조하여, 이러한 배터리 모듈 하우징(100)을 구성하는 상기 4개의 플레이트들에 대해 보다 구체적으로 설명한다. 본 실시예에서 제1 사이드 플레이트(10)와 제2 사이드 플레이트(20)는 수평 방향으로 상호 대칭되는 동일한 구성이고, 탑 플레이트(30)와 로워 플레이트(40)는 상하 방향으로 상호 대칭되는 동일한 구성이므로, 각각 동일한 구성에 대한 중복된 설명은 생략하기로 한다.
상기 제1 사이드 플레이트(10)와 제2 사이드 플레이트(20)는 동일한 두께와 형상으로 마련될 수 있고 마찬가지로 탑 플레이트(30)와 로워 플레이트(40)는 동일한 두께와 형상으로 마련될 수 있다. 이때 배터리 모듈 하우징(100)의 구조 강건성을 높이기 위해서는 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)의 두께를 탑 및 로워 플레이트(30,40)의 두께보다 상대적으로 두껍게 마련하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)는 타켓부(11,12,21,22)를 구비하고, 탑 및 로워 플레이트(30,40)는 플라이어부(31,32,41,42)를 구비한다.
상기 타켓부(11,12,21,22)는 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)를 기립 배치했을 때 상단과 하단으로 특정될 수 있고, 상기 플라이어부(31,32,41,42)는 탑 및 로워 플레이트(30,40)를 수평으로 배치했을 때 좌측과 우측에 위치한 양쪽 단부로 특정될 수 있다.
도 2 내지 도 5를 참조하여 다시 말하면, 타켓부(11,12,21,22)는 배터리 모듈 하우징(100)의 길이 방향(X축 방향)에 따른 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)의 상단 라인과 하단 라인으로 특정될 수 있고, 플라이어부(31,32,41,42)는 상기 타켓부(11,12,21,22)에 상하로 대면하는 탑 및 로워 플레이트(30,40)의 양쪽 단부 라인으로 특정될 수 있다.
상기 타켓부(11,12,21,22)와 플라이어부(31,32,41,42)는 상호 접합이 이루어지는 부분으로, 타켓부(11,12,21,22)의 상부 또는 하부에 플라이어부(31,32,41,42)가 위치한 상태에서 전자기 펄스 접합 기술을 적용하여 플라이어부(31,32,41,42)를 타켓부(11,12,21,22)에 충돌시켜 상호 간 접합시킬 수 있다. 이때 유도전류는 상기 플라이어부(31,32,41,42)에만 형성될 수 있다.
특히, 도 4 내지 도 7에 도시한 것과 같이, 본 발명에 따른 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)는 타켓부(11,12,21,22)에서 수직으로 돌출 형성된 스페이서(13,14,23,24)를 더 구비한다. 스페이서(13,14,23,24)는 배터리 모듈 하우징(100)의 내부 공간 측에 가까운 타켓부(11,12,21,22)의 일측 가장자리에 마련될 수 있으며, 단면이 사각 형태를 취할 수 있다.
상기 스페이서(13,14,23,24)는 전자기 펄스 접합을 위한 플라이어부(31,32,41,42)와 타켓부(11,12,21,22) 간의 초기 갭(G)을 설정해주는 역할을 할 수 있다.
이를테면, 스페이서는 제1 사이드 플레이트(10)의 상단 타켓부(11)에서 미리 설정된 간격만큼 수직으로 돌출 형성되어 탑 플레이트(30)를 지지함으로써 탑 플레이트(30)의 플라이어부(31)와 제1 사이드 플레이트(10)의 상단 타켓부(11) 사이에, 도 6과 같이, 갭(G)이 존재하게 한다.
상기 타켓부(11,12,21,22)와 플라이어부(31,32,41,42) 사이에 갭(G)은 전자기 펄스 접합을 위해서 반드시 필요한 최소한의 갭(G)이다. 이러한 갭(G)이 유지된 상태에서 플라이어부(31,32,41,42)에 유도전류를 형성하여야 전자기력으로 플라이어부(31,32,41,42)를 타켓부(11,12,21,22)에 충돌시켜서 도 7과 같이, 플라이어부(31,32,41,42)와 타켓부(11,12,21,22)를 접합시킬 수 있다.
한편, 탑 및 로워 플레이트(30,40)는 각각 양쪽 단부 2곳에 위치한 플라이어부(31,32,41,42) 사이에서 플라이어부(31,32,41,42)보다 두껍게 형성되는 덮개부(33,43)를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 탑 플레이트(30)는 양쪽 단부 2곳의 플라이어부(31,32,41,42)보다 덮개부(33,43)가 상대적으로 두껍고 이들 사이에 단차를 가져 가운데 부분이 하부 방향으로 오목한 형상일 수 있다.
그리고 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)의 상단 스페이서(13,14,23,24)들은 탑 플레이트(30) 양단의 플라이어부(31,32,41,42)와 덮개부(33,43)의 단차면에 면접할 수 있게 사각 형태로 형성될 수 있다.
따라서 도 4 및 도 6을 다시 참조하면, 탑 플레이트(30)는 덮개부(33)가 제1 사이드 플레이트(10)의 스페이서(13)와 제2 사이드 플레이트의 스페이서(23) 사이 공간에 끼워 맞춤되어 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)의 상부에 수평으로 포지션닝될 수 있다. 마찬가지로 방식으로 로워 플레이트(40)는 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)의 하부에 수평으로 포지션닝될 수 있다.
이와 같이, 탑 플레이트(30)의 덮개부(33)를 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)의 스페이서(13,23) 사이 공간에 끼워 맞추면 탑 플레이트(30)가 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20))에 대해 위치 고정됨과 동시에 양단의 플라이어부(31,32)와 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)의 타켓부(11,21)의 초기 갭(G)이 설정된다.
따라서 본 발명의 경우 이와 같은 상태에서 바로 전자기 펄스 접합을 수행할 수 있으므로, 전자기 펄스 접합을 수행할 때, 플레이트들 간의 갭(G) 설정을 위한 별개의 지그(zig)가 필요하지 아니한다.
또한, 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)에 대해 탑 및 로워 플레이트(30,40)의 위치가 정확히 얼라인(align)될 수 있기 때문에 전자기 펄스 접합 시 공차가 감소할 수 있다.
이어서 도 8 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈 하우징(100)을 설명하기로 한다. 전술한 실시예와 동일한 부재 번호는 동일한 부재를 나타내며, 동일한 부재에 대한 중복된 설명은 생략하기로 하고 전술한 실시예와의 차이점을 위주로 설명하기로 한다.
도 8 내지 도 9에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 스페이서(13,14,23,24)는, 배터리 모듈 하우징(100)의 내부 공간 측을 향하는 일측부(13a)가 라운드 구조를 취하고, 상기 일측부(13a)의 반대편에 위치한 타측부(13b)가 챔퍼(chamfer) 구조를 취하는 형상으로 마련된다.
전술한 실시예의 스페이서(13)는 사각 형태로 탑 플레이트(30)에 직각으로 면접하게 마련되어 있어 탑 플레이트(30)를 스페이서들 사이 공간에 조립하기 쉽고 조립 후 탑 플레이트(30)가 안정적으로 고정될 수 있는 이점이 있지만, 전자기 펄스 접합 시 충격으로 크랙 발생 및 스페이서(13,14,23,24) 꺾임 현상이 발생할 우려도 있다.
예컨대, 도 10을 참조하면, 전술한 실시예의 사각 형태의 스페이서(13)는 플라이어부(31)의 변형에 따른 강한 하중으로 스페이서(13)가 플라이어부(31)와 타켓부(11)의 접합 방향으로 θ만큼 비스듬하게 꺾일 수 있다. 이때 상기 스페이서(13)와 직각으로 면접한 탑 플레이트(30)의 해당 부분은 충격으로 크랙이 발생할 우려가 있다.
반면에 본 실시예에 따른 스페이서(13,14,23,24)는, 전술한 실시예와 달리, 일측부(13a)가 라운드 구조를 취하며 탑 플레이트(30)의 덮개부(33)에 접하며, 일측부(13a)의 반대편에 위치한 타측부(13b)는 챔퍼 구조로 스페이서(13,14,23,24)의 상단에서 하단으로 갈수록 폭이 점진적으로 증가하는 구조를 갖는다.
상기 라운드 구조의 일측부(13a)는 전자기 펄스 접합 시 충격을 완화시킴으로서 이와 접해 있는 탑 플레이트(30) 부분에 크랙 발생 및 간극 벌어짐을 방지할 수 있다.
그리고 상기 챔퍼 구조의 타측부(13b)는 상단에서 하단으로 갈수록 폭이 점진적으로 증가하기 때문에 플라이어부(31)의 변형 시 하중을 받더라도 플라이어부(31)와 타켓부(11)의 접합 방향으로 꺾이거나 무너지지 않을 수 있다.
따라서 이와 같은 스페이서(13,14,23,24)를 갖는 본 실시예에 따른 배터리 모듈 하우징(100)은 전자기 펄스 접합 시 충격에 따른 스페이서(13,14,23,24) 주변의 크랙 발생, 간극 벌어짐 내지 스페이서(13,14,23,24) 꺾임 현상을 방지할 수 있어 배터리 모듈 하우징(100)의 구조 강건성 및 접합 신뢰성이 보다 높아질 수 있다.
이어서 도 11 내지 도 15을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예를 설명하기로 한다.
먼저, 설명에 앞서 도 11을 참조하여 전자기 펄스 접합 기술에 따른 접합 시편을 살펴보면, 접합 시편의 양쪽 끝단이 미접합 상태(M)로 남아 있음을 볼 수 있다. 이는 코일에 의한 유도전류의 밀도가 모재의 양쪽 끝단에서 가장 낮아 로렌츠의 힘과 그에 따른 충돌 속력이 충분치 않았기 때문이다.
도 12 내지 도 15를 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예를 살펴보면, 전자기 펄스 용접 전의 탑 및 로워 플레이트(30,40)의 플라이어부(31,32,41,42)는 (도 14의 L로 표시한 것처럼) 제1 사이드 플레이트(10)와 제2 사이드 플레이트(20)의 타켓부(11,12,21,22)의 길이보다 더 길게 연장되어 상기 타켓부(11,12,21,22)와 대면하지 않아 접합이 이루어지지 않는 미접합부(31a,32a,41a,42a)를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 미접합부(31a,32a,41a,42a)는 약 1~2mm 정도로 형성하는 것이 바람직할 수 있다.
부연하면 도 12에 도시한 것과 같이, 상기 미접합부는 플라이어부(31,32,41,42)의 양쪽 끝 단부에 해당할 수 있고, 이곳에는 전자기 펄스 접합 시 유도전류가 불충분하게 형성될 수 있다. 이를 감안하여 본 실시예의 경우 상기 미접합부(31a,32a,41a,42a)를 제외한 나머지 플라이어부(31,32,41,42) 구간이 타켓부(11,12,21,22)의 길이와 일치하게 구성될 수 있다.
즉, 상기 미접합부(31a,32a,41a,42a)를 제외한 나머지 플라이어부(31,32,41,42) 구간은 타켓부(11,12,21,22) 전체 구간에 대면하는 구간으로 전자기 펄스 접합 시 유도전류의 밀도가 충분히 확보될 수 있다. 따라서 상기 미접합부 제외한 나머지 플라이어부(31,32,41,42) 구간과 타켓부(11,12,21,22) 전체 구간은 온전한 접합이 이루어질 수 있어 배터리 모듈 하우징(100)의 접합 품질이 향상될 수 있다.
한편, 탑 및 로워 플레이트(30,40)에서 미접합부(31a,32a,41a,42a)는 타 부품과 간섭이 일어날 수 있을 뿐만 아니라 외부 충격 시 크랙과 같은 악영향을 유발할 수 있으므로 제거하는 것이 바람직하다. 이에 본 실시예에 따른 플라이어부(31,32,41,42)는, 도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이, 양쪽 끝단부에 노치(31b)를 형성하여 미접합부(31a,32a,41a,42a)가 전자기 펄스 접합 시 충격으로 스스로 끊어져 나갈 수 있도록 유도한다.
상기 노치(31b)는 배터리 모듈 하우징(100)을 전체적으로 볼 때 각 코너 부분에 하나 씩 총 4개 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 노치(31b)는 플라이어부(31,32,41,42)의 미접합 구간과 접합 구간의 경계선에 마련될 수 있으며, 상기 경계선은 타켓부(11,12,21,22)의 엣지 라인과 일치할 수 있다.
이와 같은 본 실시예의 노치 구성에 의하면 제품 내 불필요한 미접합부(31a,32a,41a,42a)를 수월하게 제거할 수 있다.
이어서 도 1 내지 도 7과 도 16을 함께 참조하여 본 발명에 따른 배터리 모듈 하우징(100)을 제조하는 과정을 간략하게 알아본다.
본 발명에 따른 배터리 모듈 하우징(100) 제조방법은, 상술한 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)와 탑 및 로워 플레이트(30,40)를 마련하는 단계(S10), 플라이어부(31,32,41,42)와 타켓부(11,12,21,22)의 초기 갭(G)이 설정되도록 상기 4개의 플레이트들을 배치하는 포지션닝 단계(S20) 및 상기 플라이어부(31,32,41,42)에 유도전류를 형성하여 전자기력으로 플라이어부(31,32,41,42)를 타켓부(11,12,21,22)에 접합시키는 EMP(Electro Magnetic Pulse) 접합 단계(S30)를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면 우선, 배터리 모듈 하우징(100)을 구성하는 상술한 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)와 탑 및 로워 플레이트(30,40)를 마련한다. 이때, 탑 및 로워 플레이트(30,40)의 플라이어부(31,32,41,42)는 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)의 타켓부(11,12,21,22) 길이보다 약 1~2mm 정도 더 길게 마련될 수 있다.
그 다음, 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)를 상호 대향하게 기립 배치하고, 탑 플레이트(30)를 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)에 대해 수평으로 배치하되, 플라이어부(31,32,41,42)가 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)의 스페이서(13,14,23,24)에 의해 지지되어 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)의 타켓부(11,12,21,22)와 대면하면서 상기 타켓부(11,12,21,22)와의 사이에 갭(G)을 유지하도록 한다.
이때, 탑 플레이트(30)의 덮개부(33,43)를 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)의 상단 스페이서(13,14,23,24)들 사이 공간에 끼워 맞추어 넣으면, 탑 플레이트(30)가 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)의 스페이서(13,14,23,24)들에 걸쳐져 상부에 수평하게 지지될 수 있다. 그리고 탑 플레이트(30)의 양쪽 단부에 해당하는 플라이어부(31,32,41,42)는 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)의 타켓부(11,12,21,22)와 전자기 펄스 접합을 위한 초기 갭(G)이 그대로 설정된다.
이 상태에서 EMP 접합 장치를 사용하여 탑 플레이트(30)의 길이 방향(X축 방향)을 따라 양쪽 플라이어부(31,32)에 유도전류를 형성시킨다. 이때, 탑 플레이트(30)의 플라이어부(31,32)는 전자기력(로렌츠의 힘)에 의해 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)의 타켓부(11,21)와 강하게 충돌하면서 접합될 수 있다.
그 다음, 로워 플레이트(40)의 경우도 탑 플레이트(30)와 동일한 방식으로 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)의 하단 스페이서(14,24) 사이 공간에 끼워 맞추어 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)에 대해 포지션닝한 후, 로워 플레이트의 플라이어부(41,42)와 제1 및 제2 사이드 플레이트(10,20)의 하단 타켓부(12,22)에 EMP 접합을 수행함으로써 4개의 플레이트들(10,20,30,40)이 각 관 형태로 일체화된 배터리 모듈 하우징(100)이 제조될 수 있다.
이와 같은 구조와 작용을 갖는 본 발명에 따르면, 접합부에 해당하는 플라이어부(31,32,41,42)와 타켓부(11,12,21,22)의 초기 갭(G) 설정이 배터리 모듈 하우징(100) 자체 구조에 포함되어 있기 때문에 전자기 펄스 접합을 수행할 때, 상기 초기 갭(G) 설정을 위한 별도의 지그가 필요없다. 따라서 배터리 모듈 하우징(100) 접합 공정이 매우 간단해질 수 있으며 공차를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, EMP 접합 시 충격에 따른 크랙 발생 및 반발력에 따른 간극 벌어짐을 최소화할 수 있으며, 이로 인해 배터리 모듈 하우징(100)의 구조 강건겅을 높일 수 있다.
또한, 플라이어부(31,32,41,42) 양단의 유도전류 불충분에 따른 플라이어부(31,32,41,42)와 타켓부(11,12,21,22) 사이의 미접합 부분이 형성되지 않도록 함으로써 접합 완성도를 보다 향상시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
한편, 본 명세서에서는. 상, 하, 좌, 우 등과 같이 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 관측자의 보는 위치나 대상의 놓여져 있는 위치 등에 따라 다르게 표현될 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.

Claims (15)

  1. 배터리 셀들을 수납할 수 있는 내부 공간이 형성된 각 관 형태의 배터리 모듈 하우징으로서,
    상호 대향하게 기립 배치되고, 길이 방향을 따라 상단과 하단으로 특정되는 타켓부와, 상기 타켓부에서 수직으로 돌출 형성된 스페이서를 구비한 제1 및 제2 사이드 플레이트; 및
    상기 제1 및 제2 사이드 플레이트의 상부 및 하부에 각각 수평하게 배치되되, 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트의 스페이서에 의해 지지되어 상기 타켓부와의 사이에 갭을 유지한 상태에서 전자기 펄스 접합에 의해 상기 타켓부에 접합되는 플라이어부를 구비하는 탑 및 로워 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 하우징.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 플라이어부는 상기 탑 및 로워 플레이트의 양쪽 단부로 특정되고,
    상기 탑 및 로워 플레이트는,
    각각 양쪽 단부 2곳에 위치한 상기 플라이어부 사이에서 상기 플라이어부보다 두껍게 형성된 덮개부를 포함하며, 상기 덮개부가 상기 제1 사이드 플레이트의 스페이서와 상기 제2 사이드 플레이트의 스페이서 사이 공간에 끼워 맞춤되어 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트에 대해 포지션닝되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 하우징.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서는 상기 내부 공간 측에 가까운 상기 타켓부의 일측 가장자리에 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 하우징.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 플라이어부와 상기 덮개부는 단차를 형성하며,
    상기 스페이서는 단면이 사각 형태를 취하여 상기 플라이어부와 상기 덮개부의 단차면에 면접하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 하우징.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 스페이서는, 상기 내부 공간을 향하는 일측부가 라운드 구조를 취하며 상기 덮개부에 접하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 하우징.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 스페이서는, 상기 일측부에 반대편에 위치한 타측부가 챔퍼 구조를 취하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 하우징.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 플라이어부는 전자기 펄스 접합 전 상기 타켓부의 길이보다 더 길게 연장되어 상기 타켓부와 접합이 이루어지지 않는 미접합부를 구비하고 전자기 펄스 접합 시 충격으로 상기 미접합부가 끊어져 나가도록 유도하는 노치를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 하우징.
  8. 전자기 펄스 접합 기술을 적용해 배터리 셀들을 수납할 수 있는 내부 공간이 형성된 각 관 형태의 배터리 모듈 하우징을 제조하는 방법에 있어서,
    판형 구조물로서, 길이 방향을 따라 상단과 하단으로 특정되는 타켓부와 상기 타켓부에서 수직으로 돌출 형성된 스페이서를 구비한 제1 및 제2 사이드 플레이트와, 양쪽 단부 2곳으로 특정되는 플라이어부를 구비한 탑 및 로워 플레이트를 마련하는 단계;
    상기 제1 및 제2 사이드 플레이트를 상호 대향하게 기립 배치하고, 상기 탑 또는 로워 플레이트를 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트에 대해 수평으로 배치하되, 상기 플라이어부가 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트의 스페이서에 의해 지지되어 상기 타켓부와 대면하면서 상기 타켓부와의 사이에 갭을 유지하도록 하는 전자기 펄스 접합을 위한 포지션닝 단계; 및
    상기 플라이어부에 유도전류를 형성하여 전자기력으로 상기 플라이어부를 상기 타켓부에 접합시키는 EMP 접합 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 하우징 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 탑 및 로워 플레이트는 양쪽 단부로 특정되는 2곳의 상기 플라이어부 사이에서 상기 플라이어부보다 두껍게 형성된 덮개부를 구비하여,
    상기 포지션닝 단계에서, 상기 제1 사이드 플레이트의 스페이서와 상기 제2 사이드 플레이트의 스페이서 사이 공간에 끼워 맞춤되어 상기 제1 및 제2 사이드 플레이트에 대해 포지션닝되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 하우징 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 스페이서는 상기 내부 공간에 가까운 상기 타켓부의 일측 가장자리에 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 하우징 제조 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 플라이어부와 상기 덮개부는 단차를 형성하며,
    상기 스페이서는 단면이 사각 형태를 취하여 상기 플라이어부와 상기 덮개부의 단차면에 면접하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 하우징 제조 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 스페이서는, 상기 내부 공간 측을 향하는 일측부가 라운드 구조를 취하며 상기 덮개부에 접하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 하우징 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 스페이서는, 상기 일측부에 반대편에 위치한 타측부가 챔퍼 구조를 취하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 하우징 제조 방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 플라이어부는 전자기 펄스 접합 전 상기 타켓부의 길이보다 더 길게 연장되어 상기 타켓부와 접합이 이루어지지 않는 미접합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 하우징 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 플라이어부는 상기 EMP 접합 단계에서 접합 시 충격으로 상기 미접합부가 끊어져 나가도록 유도하는 노치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 하우징 제조 방법.
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