WO2022255739A1 - 배터리 케이스의 사이드 프레임 - Google Patents

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WO2022255739A1
WO2022255739A1 PCT/KR2022/007582 KR2022007582W WO2022255739A1 WO 2022255739 A1 WO2022255739 A1 WO 2022255739A1 KR 2022007582 W KR2022007582 W KR 2022007582W WO 2022255739 A1 WO2022255739 A1 WO 2022255739A1
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frame
side frame
battery case
frame part
height
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PCT/KR2022/007582
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정창균
박재헌
차명환
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주식회사 포스코
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention can simultaneously achieve weight reduction and cost reduction compared to a single material while sufficiently protecting a battery cell from external impact, and also significantly reduces welding parts to fundamentally solve defects in welding parts made of different materials. It relates to the side frame of the battery case.
  • a battery system used in an electric vehicle uses various load-bearing members to protect internal battery cells.
  • a typical example is a side frame of a battery case.
  • the side frame surrounds the battery cell while forming a side wall partitioning a space in which the battery cell is mounted in the battery case to protect the battery cell from external impact.
  • the side frame allows a mounting frame necessary for fixing the battery case to the vehicle body to be mounted on the side.
  • side frames and battery cases are mostly made of aluminum or aluminum alloy. This is because aluminum has advantages such as the lightness of the material itself and the degree of freedom of molding that can easily make a side frame with a complicated cross section using, for example, an extrusion process.
  • Patent Document 1 KR 2019-0131415 A
  • the present invention can simultaneously achieve weight reduction and cost reduction while sufficiently protecting the battery cell from external impact, and also significantly reduces the welded portion to fundamentally solve the defect of the welded side of the battery case made of different materials. Its purpose is to provide a frame.
  • a side frame of a battery case includes a first frame portion formed to have an open end surface, and disposed within the first frame portion to close the open end surface of the first frame portion, so as to close the first frame portion.
  • a second frame portion coupled to the first frame portion and the second frame portion may be formed of different materials, and each corner portion of the first frame portion and the second frame portion may be bent.
  • the side frame by forming the side frame with different materials, it is possible to utilize the advantages of the extruded material and the strength of the rigid material evenly, so that not only sufficient structural rigidity is exhibited, but also weight reduction and cost reduction are obtained.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a battery case to which a side frame according to an embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a side frame according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA' of FIG. 2 .
  • FIG. 4 is a plan view illustrating a step of forming a corner portion of a first frame portion.
  • FIG. 5 are cross-sectional views illustrating a modified example of the second frame unit.
  • FIG. 6 is a plan view illustrating a step of forming a corner portion of a second frame unit.
  • FIG. 7 is a view illustrating a step of assembling a first frame part and a second frame part.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a battery case to which a side frame according to an embodiment of the present invention is applied.
  • the battery case may include a first case 1 and a second case 2 .
  • the first case 1 may include a base plate 20 and a side frame 10 surrounding the base plate.
  • the base plate of the first case may serve as a floor material supporting the battery cells, and the side frame may constitute a side wall of the first case.
  • the base plate 20 and the side frame 10 may be integrally coupled to each other by welding or the like. Accordingly, the first case 1 may have a space in the side frame forming a closed section around the base plate.
  • At least one side frame 10 is provided to surround the base plate 20 . Both ends of the side frame may be connected to corresponding ends of the corresponding side frame by welding or the like, selectively or as necessary.
  • the second case 2 may include a body 3 made of a simple flat plate or having a hollow part, and a flange 4 formed at an end of the body.
  • the second case may be manufactured by molding a material having appropriate strength into a predetermined shape using a press.
  • the body 3 of the second case 2 covers the space of the first case 1 so that the first and second cases are coupled to each other to form an accommodation space for accommodating the battery cell therein.
  • the coupling of the first and second cases 1 and 2 is bolted, for example, by fastening bolts (not shown) after the flange 4 formed at the end of the main body 3 and the side frame 10 are overlapped with each other. can be made by
  • evaluation of side impact is important. Evaluation of side impact is performed by impacting the side of a side frame having an approximately rectangular cross section in a battery case with a cylinder made of a rigid body to withstand a certain level of impact load. If there is no contact between the side frame and the battery cell until a certain level of crash load is reached, the battery case is evaluated as satisfying the crash performance.
  • the deformation mode of the side frame can be largely divided into a buckling mode at the beginning of the impact and a bending mode at the end of the impact.
  • the initial collision is the initial collision point of several milliseconds (msec), and at this time, intensive deformation occurs at the contact area of the side frame with the rigid body.
  • the horizontal member in the width direction (Y direction) of the cross-sectional structure of the side frame receives intensive force.
  • the buckling point becomes a plastic hinge, and the horizontal member is structurally It loses its function as an absence.
  • the thickness of the material constituting the side frame must be thick.
  • aluminum is lighter than steel, it can be designed with a high thickness, but steel is Inevitably thin, the side frame made of steel is very vulnerable to the buckling mode at the beginning of a collision.
  • the side frame made of steel is heavier than the side frame made of aluminum or aluminum alloy and has poor performance.
  • the cross-sectional structure of the side frame rapidly collapses, and the concentrated deformation changes to the bending deformation of the entire side frame. That is, the deformation of the side frame is converted into a bending mode in the form of three-point bending, and at this time, the role of the vertical member in the height direction (Z direction) is much greater than that of the horizontal member among the cross-sectional structures of the side frame.
  • a side frame made of high-strength steel can have increased bending resistance and is advantageous in enduring compressive stress or tensile stress generated in a bending mode.
  • the thickness of the horizontal member is important in the early stage of the collision, and the strength of the vertical member is an important factor in the later stage of the collision.
  • none of the single materials satisfies both of the above two conditions.
  • a conventional battery case is provided with a mounting frame coupled to one side of the side frame to fix the battery case to the vehicle body.
  • the first member in contact with the rigid body at the beginning of the collision is the mounting frame. If the side frame is designed to be sufficiently strong, the buckling mode at the beginning of the collision occurs in the mounting frame, not the side frame.
  • the mounting frame also requires mechanical considerations such as the buckling mode at the beginning of the collision, but usually the mounting frame and the side frame are separately manufactured and joined by welding, etc., so that the mechanical balance between the mounting frame and the side frame is not correct. is bound to have structural weaknesses.
  • the side frame of the battery case according to the present invention different materials are applied to the horizontal member and the vertical member, and the mounting frame is integrated into the side frame to satisfy the mechanical characteristics required for the side frame and to improve the efficiency of the structure. want to maximize
  • FIG. 2 is a perspective view showing a side frame according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA' of FIG. 2 .
  • the side frame 10 may include a first frame part 30 and a second frame part 40 .
  • the first frame portion 30 may be formed by bending a single plate material having a predetermined width and length several times to have, for example, a T-shaped cross section lying down.
  • the first frame portion may have a hollow portion having an open cross section therein.
  • the first frame portion 30 includes a first vertical member 31 having a first height H1 and a second height spaced apart from the first vertical member by a first length L1 and shorter than the first height (
  • a second vertical member 32 having a H2, and a third height that is spaced apart from the first vertical member in the height direction from the second vertical member 32 by a second length L2 and shorter than the first height ( H3) with a third vertical member 33, and a first horizontal member 34 connecting one end of the first vertical member and one end of the second vertical member.
  • a second horizontal member 35 connecting the other end of the first vertical member and one end of the third vertical member, and a third one end connected to the other end of the second vertical member and extending in the width direction by a third length L3.
  • It may include a fourth horizontal member 37 extending in the width direction by a fourth length L4 having one end connected to the other end of the horizontal member 36 and the third vertical member.
  • the first frame portion 30 may be integrally formed by machining a single plate material such as metal.
  • the plate material is extended in the width direction (-Y direction) by the third length L3 from one end to form the third horizontal member 36, it is once rotated in the first direction (counterclockwise direction in FIG. 3). is bent Subsequently, the second vertical member 32 is formed by descending in the height direction (-Z direction) by the second height H2, and then bent once in the second direction (clockwise direction in FIG. 3) opposite to the initial bending direction. do. After extending in the width direction (-Y direction) about the first length L1 to form the first horizontal member 34, it is bent once more in the second direction in the same manner.
  • the first vertical member 31 After forming the first vertical member 31 by rising in the height direction (Z direction) by the first height H1, it is bent once in the second direction. After extending in the width direction (Y direction) by the second length L2 to form the second transverse member 35, it is bent once more in the second direction in the same manner. Subsequently, the third vertical member 33 is formed by descending in the height direction (-Z direction) by the third height H3 and then bent once in the first direction, which is the initial bending direction. Thereafter, the fourth horizontal member 37 is formed by extending in the width direction (Y direction) by the fourth length L4.
  • an open section is formed with a desired number of horizontal members (34 to 37) and vertical members (31 to 33), and then the plate material is terminated at the other end.
  • the first frame portion 30 has a wall portion 38 having a first height H1 and extending from the wall portion to one side in the width direction (Y direction) by a third length L3 or a fourth length L4.
  • a protrusion 39 may be included.
  • the wall portion 38 may be roughly divided into a first vertical member 31, a first horizontal member 34, a second vertical member 32, a second horizontal member 35 and a third vertical member 33.
  • the protrusion 39 may be formed of a third horizontal member 36 and a fourth horizontal member 37 corresponding thereto.
  • the wall portion 38 corresponds to the existing side frame, while the protrusion 39 corresponds to the existing mounting frame.
  • the mounting frame is attached to the side frame. It can be integrated and integrally formed with the side frame.
  • the third horizontal member 36 and the fourth horizontal member 37 are calculated by adding the second height H2 and the third height H3 from the first height H1. They may be spaced apart from each other by a difference in height (H2+H3) and may have an opening 29 between the ends of the third horizontal member and the end of the fourth horizontal member.
  • the protruding portion 39 of the first frame portion 30 may include the opening portion 29, and the protruding portion and the opening portion extend from the first height H1 to the second height H2 and the third height H3. ) and has a height (H1-(H2+H3)) corresponding to the difference between the heights (H2+H3).
  • the plurality of horizontal members (34 to 37) and the plurality of vertical members are not necessarily formed completely horizontally or vertically, but may have an inclination. Accordingly, a separation distance or a height difference may be varied.
  • first length L1 and the second length L2 are equal to each other, the second height H2 and the third height H3 are equal to each other, or the third length L3 and the fourth height H3 are equal to each other.
  • the lengths L4 may be equal to each other.
  • the first frame part 30 formed in this way may constitute the outside of the side frame 10 .
  • FIG. 5 is a plan view illustrating a step of forming a corner portion of a first frame portion.
  • the first frame part 30 may have an open cross section and be formed long to have a predetermined length by bending, roll forming, press forming, or the like.
  • the mounting hole 11 necessary for fixing to the vehicle body and the notch portion 12 used to smoothly form the corner portion 13 are formed by drilling or cutting.
  • the corner portion 13 is formed by bending the first frame portion 30 toward the widening side of the notch portion 12 so as to have an angle of approximately 90 degrees.
  • a single first frame portion 30 may be formed integrally, or two first frame portions 30 having substantially U-shapes identically or symmetrically may be formed.
  • One side of the first frame portion 30, such as the bottom surface of the first horizontal member 34, may be coupled to the base plate 20 by bonding, such as welding. In this way, even if the first frame part is coupled to the base plate by bonding such as welding, the welding part of the first frame part itself can be omitted.
  • the first frame portion 30 itself may be welded at a maximum of two places.
  • welds between frame members are located at complicated corners, but the first frame part of the present invention can be changed so that welds are located on simple straight parts, reducing welds and facilitating welding at the same time.
  • the corner portion 13 of the first frame portion 30 by forming the corner portion 13 of the first frame portion 30 through bending without welding, the number of parts and the number of man-hours of the first frame portion can be drastically reduced.
  • the second frame unit 40 may be formed of a tubular member having a substantially rectangular cross-section with a predetermined length and a predetermined height and a predetermined width. As a result, the second frame portion may have a hollow portion having a closed cross-section therein.
  • the second frame portion includes a first transverse member 41 and a second transverse member 43 spaced apart from each other in the height direction (Z direction), and spaced apart from each other in the width direction (Y direction) and the first transverse member and the second It may include a first longitudinal member 42 and a second longitudinal member 44 connecting the two transverse members.
  • the thickness of the first transverse member 41 and the second transverse member 43 may be formed thicker than the thickness of the first longitudinal member 42 and the second longitudinal member 44 .
  • the transverse members may have a thickness three times greater than the longitudinal members.
  • the relative thickness of the transverse members 41 and 43 to the longitudinal members 42 and 44 is not necessarily limited to the above example.
  • At least the transverse members 41 and 43 of the second frame portion 40 may have a thicker thickness than that of the first frame portion 30 .
  • the height of the second frame portion 40 corresponds to the height of the open portion 29 of the first frame portion 30, and the width of the second frame portion corresponds to the first frame portion of the first horizontal member 31 of the first frame portion. It may correspond to the length (L1 + L3) obtained by adding the third length (L3) of the length (L1) and the third horizontal member (33).
  • the width of the second frame portion is the sum of the second length L2 of the second horizontal member 32 of the first frame portion and the fourth length L4 of the fourth horizontal member 34 (L2+L4). can correspond to
  • the second frame part 40 may be disposed in alignment with at least the protrusion part 39 in the first frame part 30, and closes the open end surface of the first frame part, that is, the open part 29, so that the side frame 10 ) can be formed as a closed cross-section.
  • the second frame part 40 formed and arranged in this way may constitute the inside of the side frame 10 .
  • FIG. 5 are cross-sectional views illustrating a modified example of the second frame unit.
  • the second frame portion 40 may further include a reinforcing longitudinal member 45 between the transverse members 41 and 43 (see FIG. 5(a) ).
  • first transverse member 41 and the second transverse member 43 have a width direction (Y direction) length longer than the distance between the first longitudinal member 42 and the second longitudinal member 44 It is possible to form the extension part 46 with (see (b) of FIG. 5).
  • the extensions 46 of the transverse members 41 and 43 extending from the second longitudinal member 44 or beyond the position of the second longitudinal member, the first frame portion 30 and the second longitudinal member It can serve as a flange for bonding between the two frame parts 40, and a buckling mode at the beginning of a collision occurs from the extension part, and it is also possible to supplement shock absorption.
  • FIG. 6 is a plan view illustrating a step of forming a corner portion of a second frame unit.
  • the second frame portion 40 may be formed long to have a predetermined length and have a closed cross section by extrusion or the like.
  • the second frame portion 40 is bent in the same direction at two locations to have an angle of approximately 90 degrees to form the corner portion 14 .
  • the mounting hole 11 required for fixing to the vehicle body or the coupling hole required for coupling with the first frame portion 30 is formed by drilling.
  • two second frame parts 40 having substantially U-shapes identically or symmetrically may be formed.
  • the second frame portion since no welding is required to form the second frame portion 40, the second frame portion has the advantage of being able to omit the welding portion.
  • the first frame part 30 and the second frame part 40 may be formed of different materials.
  • the first frame unit 30 may be made of a heavy metal material having a specific gravity of 4 or more, such as steel.
  • the second frame part 40 may be made of a material having a lower specific gravity than the first frame part.
  • the second frame part 40 may be made of a material having a higher specific strength than the first frame part 30 .
  • the first frame unit 30 adopts ultra-high-strength steel of 1 GPa or higher, so that an optimal combination for reducing the weight of the side frame 10 and the battery case can be achieved.
  • the first frame unit 30 may be made of a plate material such as 1470 Martensitic (MART) steel or 1180 Complex Phase (CP) steel having a thickness of about 0.5 mm to 1.5 mm produced by the present applicant.
  • MART 1470 Martensitic
  • CP Complex Phase
  • 1470 MART steel has a tensile strength of 1,470 MPa or more and a yield strength of 1,050 MPa or more to improve crash safety
  • 1180 CP steel has a tensile strength of 1180 MPa or more and a yield strength of 850 MPa or more and improved bending workability.
  • the second frame portion 40 may be made of a material that can be molded by extrusion, for example, a light metal such as aluminum or an alloy thereof, plastic, composite material, or the like.
  • first frame part 30 and the second frame part 40 are formed of different materials
  • first frame part and the second frame part rivets eg, blind rivets
  • screws eg, flow drill screws
  • Drill screw can be combined with each other by mechanical bonding through a fixture such as a fixture and chemical bonding through an adhesive 15 such as a structural adhesive.
  • the separately molded first frame part 30 and the second frame part 40 are moved relative to each other in the width direction (Y direction) while The second frame part may be fitted to the protrusion 39 in the first frame part.
  • the third horizontal member 36 of the first frame portion 30, the first transverse member 41 of the second frame portion 40, and the fourth horizontal member 37 of the first frame portion and the second An adhesive 15 may be interposed between the second transverse members 43 of the frame portion to be bonded to each other.
  • an adhesive 15 may be interposed between the first vertical member 31 of the first frame portion 30 and the first longitudinal member 42 of the second frame portion 40 to be bonded to each other.
  • Such an adhesive 15 is used not only for coupling between the first frame part 30 and the second frame part 40, but also for the case where the first frame part is formed of steel material and the second frame part is formed of aluminum material, these different materials It is possible to obtain an effect capable of preventing corrosion caused by direct contact of
  • the assembling method is not necessarily limited to the above example, and the first frame unit 30 and the second frame unit 40 are coupled by combining fasteners such as rivets or screws and adhesives 15 such as structural adhesives. can be used for
  • the welding part can be significantly reduced and assembled. There is an advantage that this can be done easily.
  • the second frame portion 40 made of a lightweight material is an additional horizontal member (ie, a transverse member) in the first frame portion 30 made of a high-strength material s (41, 43) or at least the thickness of the third and fourth transverse members (36, 37) can be added.
  • the second frame portion 40 made of a lightweight material surrounds the side portions of the battery case and the battery cell, so that structural stability can be improved.
  • the side frame 10 includes a first frame portion 30 and a second frame portion 40 made of different materials, and a lightweight material is disposed in a portion requiring a thick horizontal member.
  • a high-strength material for the vertical member requiring strength and integrating the mounting frame with the side frame, there is an advantage in implementing a high-performance, low-cost, and very efficient structure.
  • the horizontal member is extended to the position of the existing mounting frame and the outside is surrounded by high-strength material, so that only the side frame satisfies the mechanical characteristics and maximizes the efficiency of the structure. .
  • the present applicant performed performance analysis through simulation with respect to the side frame according to an embodiment of the present invention.
  • the conventional side frame made of a single material and the side frame made of different materials according to an embodiment of the present invention compared
  • the side frame made of heterogeneous materials according to an embodiment of the present invention can significantly reduce the weight compared to the side frame made of a single material, and according to the results of analysis through simulation, up to 20% It was confirmed that the weight reduction effect of
  • the advantages of the extruded material and the strength of the rigid material can be evenly utilized, so that not only sufficient structural rigidity is exhibited, but also weight reduction and cost reduction can be achieved.
  • transverse member of the first frame portion and the transverse member of the second frame portion, and the longitudinal member of the first frame portion and the longitudinal member of the second frame portion are used only for the purpose of distinguishing terms, and other Note that this does not have a technical meaning.
  • first case 2 second case
  • opening part 30 first frame part
  • protrusion 40 second frame portion

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Abstract

본 발명은, 외부 충격으로부터 배터리 셀을 충분히 보호하면서 경량화와 비용 절감을 동시에 달성할 수 있음과 더불어, 용접부를 현저히 줄여 용접부의 결함을 근본적으로 해결할 수 있는 배터리 케이스의 사이드 프레임에 관한 것으로, 이는 개방 단면을 갖도록 형성된 제1 프레임부, 및 상기 제1 프레임부 내에서 상기 제1 프레임부의 개방 단면을 폐쇄하도록 배치되어 상기 제1 프레임부에 결합된 제2 프레임부를 포함하고, 상기 제1 프레임부와 상기 제2 프레임부는 상이한 재질로 형성되며, 상기 제1 프레임부와 상기 제2 프레임부의 각 코너부는 굽힘 성형될 수 있다.

Description

배터리 케이스의 사이드 프레임
본 발명은, 외부 충격으로부터 배터리 셀을 충분히 보호하면서 단일 재질에 비해 경량화와 비용 절감을 동시에 달성할 수 있음과 더불어, 용접부를 현저히 줄여 용접부의 결함을 근본적으로 해결할 수 있도록 이종(異種) 재질로 된 배터리 케이스의 사이드 프레임에 관한 것이다.
예를 들어 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, 외부 충격으로부터 배터리 셀을 충분히 보호하면서 경량화와 비용 절감을 동시에 달성할 수 있음과 더불어, 용접부를 현저히 줄여 용접부의 결함을 근본적으로 해결할 수 있도록 이종(異種) 재질로 된 배터리 케이스의 사이드 프레임을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 케이스의 사이드 프레임은, 개방 단면을 갖도록 형성된 제1 프레임부, 및 상기 제1 프레임부 내에서 상기 제1 프레임부의 개방 단면을 폐쇄하도록 배치되어 상기 제1 프레임부에 결합된 제2 프레임부를 포함하고, 상기 제1 프레임부와 상기 제2 프레임부는 상이한 재질로 형성되며, 상기 제1 프레임부와 상기 제2 프레임부의 각 코너부는 굽힘 성형될 수 있다.
본 발명에 의하면, 사이드 프레임을 이종 재질로 형성함으로써, 압출재의 장점과 강성 재질의 장점을 골고루 활용할 수 있어 충분한 구조 강성을 발휘할 뿐만 아니라 경량화와 비용 절감이 이루어질 수 있는 효과를 얻게 된다.
또한, 본 발명에 의하면, 용접부 없이 굽힘 성형으로 코너부를 형성함으로써, 사이드 프레임에서 용접부를 현저히 줄여 용접부의 결함을 근본적으로 해결할 수 있는 한편, 내충격성이 강화되는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사이드 프레임이 적용된 배터리 케이스를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 사이드 프레임을 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 A-A'선 단면도이다.
도 4는 제1 프레임부의 코너부를 성형하는 단계를 도시한 평면도이다.
도 5는 제2 프레임부의 변형예를 도시한 단면도들이다.
도 6은 제2 프레임부의 코너부를 성형하는 단계를 도시한 평면도이다.
도 7은 제1 프레임부와 제2 프레임부의 조립하는 단계를 도시한 도면이다.
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 일 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, 베이스판을 둘러싼 사이드 프레임(10)을 포함할 수 있다. 제1 케이스의 베이스판은 배터리 셀을 지지하는 바닥재로 작용할 수 있고, 사이드 프레임은 제1 케이스의 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 내에 공간부를 가질 수 있다.
예를 들면, 적어도 하나의 사이드 프레임(10)이 베이스판(20)을 둘러싸도록 마련된다. 사이드 프레임의 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 프레임과 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 프레임은 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 높이방향(Z방향)의 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 용접 등으로 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.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 사이드 프레임을 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2의 A-A'선 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 사이드 프레임(10)은 제1 프레임부(30)와 제2 프레임부(40)를 포함할 수 있다.
제1 프레임부(30)는 소정의 폭과 길이를 가진 단일 판재를 예컨대 누운 T자 형상의 단면을 갖도록 여러 번 절곡시켜 형성될 수 있다. 이로써, 제1 프레임부는 내부에 개방 단면의 중공부를 가질 수 있다.
제1 프레임부(30)는, 제1 높이(H1)를 가진 제1 세로부재(31)와, 제1 세로부재로부터 제1 길이(L1)만큼 이격되고, 제1 높이보다 짧은 제2 높이(H2)를 가진 제2 세로부재(32)와, 제2 세로부재(32)로부터 높이방향으로 이격되면서 제1 세로부재로부터 제2 길이(L2)만큼 이격되고, 제1 높이보다 짧은 제3 높이(H3)를 가진 제3 세로부재(33)와, 제1 세로부재의 일단과 제2 세로부재의 일단을 연결하는 제1 가로부재(34)와. 제1 세로부재의 타단과 제3 세로부재의 일단을 연결하는 제2 가로부재(35)와, 제2 세로부재의 타단에 일단이 연결되어 제3 길이(L3)만큼 폭방향으로 연장한 제3 가로부재(36) 및 제3 세로부재의 타단에 일단이 연결되어 제4 길이(L4)만큼 폭방향으로 연장한 제4 가로부재(37)를 포함할 수 있다.
제1 프레임부(30)는 예컨대 금속 등과 같은 단일 판재를 기계가공하여 일체로 형성될 수 있다.
예를 들면, 판재가 일단에서 제3 길이(L3)만큼 폭방향(-Y방향)으로 연장하여 제3 가로부재(36)를 형성한 후 제1 방향(도 3에서 반시계방향)으로 1회 절곡된다. 이어서, 제2 높이(H2)만큼 높이방향(-Z방향)으로 하강하여 제2 세로부재(32)를 형성한 후 최초 절곡방향의 반대인 제2 방향(도 3에서 시계방향)으로 1회 절곡된다. 제1 길이(L1) 정도 폭방향(-Y방향)으로 연장하여 제1 가로부재(34)를 형성한 후 동일하게 제2 방향으로 1회 더 절곡된다.
이어서, 제1 높이(H1)만큼 높이방향(Z방향)으로 상승하여 제1 세로부재(31)를 형성한 후 제2 방향으로 1회 절곡된다. 제2 길이(L2)만큼 폭방향(Y방향)으로 연장하여 제2 가로부재(35)를 형성한 후 동일하게 제2 방향으로 1회 더 절곡된다. 이어서, 제3 높이(H3)만큼 높이방향(-Z방향)으로 하강하여 제3 세로부재(33)를 형성한 후 최초 절곡방향인 제1 방향으로 1회 절곡된다. 그 후에 제4 길이(L4)만큼 폭방향(Y방향)으로 연장하여 제4 가로부재(37)를 형성한다.
이와 같이 소정 길이로 연장한 후 절곡되는 방식을 반복하여 원하는 수의 가로부재(34 내지 37) 및 세로부재(31 내지 33)와 함께 개방 단면이 형성되고 나서, 판재는 타단에서 종결된다.
이로써, 제1 프레임부(30)는 제1 높이(H1)를 가진 벽부(38)와, 벽부로부터 폭방향(Y방항) 일측으로 제3 길이(L3) 또는 제4 길이(L4)만큼 연장한 돌출부(39)를 포함할 수 있다.
벽부(38)는 대략 제1 세로부재(31), 제1 가로부재(34), 제2 세로부재(32), 제2 가로부재(35) 및 제3 세로부재(33)로 구획될 수 있다. 돌출부(39)는 제3 가로부재(36)와 이에 대응되는 제4 가로부재(37)로 형성될 수 있다.
벽부(38)는 기존의 사이드 프레임에 대응되는 한편, 돌출부(39)는 기존의 마운팅 프레임에 대응된다, 결국, 본 발명의 일 실시예에 따른 사이드 프레임(10)에서는, 마운팅 프레임을 사이드 프레임에 통합시켜 사이드 프레임과 일체로 형성할 수 있게 되는 것이다.
또한, 제1 프레임부(30)에서, 제3 가로부재(36)와 제4 가로부재(37)는 제1 높이(H1)로부터, 제2 높이(H2)와 제3 높이(H3)를 더한 높이(H2+H3)의 차만큼 서로 이격됨과 동시에 제3 가로부재의 단부와 제4 가로부재의 단부 사이에 개방부(29)를 가질 수 있다.
이에 따라, 제1 프레임부(30)의 돌출부(39)는 개방부(29)를 포함할 수 있으며, 돌출부 및 개방부는 제1 높이(H1)로부터 제2 높이(H2)와 제3 높이(H3)를 더한 높이(H2+H3)의 차에 해당하는 높이(H1-(H2+H3))를 갖게 된다.
여기서, 복수의 가로부재(34 내지 37)와 복수의 세로부재는 반드시 완전한 수평 또는 수직으로 형성되는 것은 아니고 기울기를 가질 수 있다. 이에 따라 이격거리나 높이차 등은 가변될 수 있다.
또한, 선택적으로, 제1 길이(L1)와 제2 길이(L2)는 서로 동일하거나, 제2 높이(H2)와 제3 높이(H3)는 서로 동일하거나, 제3 길이(L3)와 제4 길이(L4)는 서로 동일할 수 있다.
이와 같이 형성된 제1 프레임부(30)는 사이드 프레임(10)의 외부를 구성할 수 있다.
도 5는 제1 프레임부의 코너부를 성형하는 단계를 도시한 평면도이다.
제1 프레임부(30)는 벤딩(Bending), 롤 포밍(Roll Forming), 프레스 포밍(Press Forming) 등에 의해 개방 단면을 갖고서 소정의 길이를 갖도록 길게 형성될 수 있다.
다음으로, 차체에 고정하는 데에 필요한 장착홀(11), 및 코너부(13)를 원활히 형성하는 데에 이용되는 노치부(12)를 천공 또는 절단에 의해 형성한다.
끝으로, 적절한 벤딩 가공장치를 사용하여, 대략 90도의 각도를 갖도록 노치부(12)가 벌어지는 쪽으로 제 1 프레임부(30)를 구부려 코너부(13)를 형성한다.
이로써, 일체로 된 단일한 제1 프레임부(30)가 형성되거나, 대략 ㄷ자 형상을 동일하게 또는 대칭되게 가진 2개의 제1 프레임부(30)가 형성될 수 있다.
제1 프레임부(30)는 제1 가로부재(34)의 저면과 같은 일측면이 예컨대 용접 등과 같은 접합에 의해 베이스판(20)에 결합될 수 있다. 이와 같이, 제1 프레임부가 예컨대 용접 등과 같은 접합에 의해 베이스판에 결합되는 것만으로도, 제1 프레임부 자체는 용접부가 생략될 수 있다.
선택적으로 또는 필요에 따라, 제1 프레임부(30) 자체는 최대 2개소에서 용접될 수 있다. 더욱이, 기존에는 프레임 부재들 간 용접부가 복잡한 코너에 위치하지만, 본 발명의 제1 프레임부는 단순한 직선 부분에 용접부가 위치하도록 변경될 수 있어, 용접부를 줄임과 동시에 용접이 용이해진다.
더불어, 제1 프레임부(30)의 코너부(13)를 용접 없이 벤딩 가공을 통해 형성함으로써, 제1 프레임부의 부품수와 공정수를 획기적으로 감소시킬 수 있다.
제2 프레임부(40)는 소정의 길이를 갖도록 길게 형성되고, 일정 높이와 일정 폭을 가진 대략 사각형 단면의 관부재로 형성될 수 있다. 이로써, 제2 프레임부는 내부에 폐쇄 단면의 중공부를 가질 수 있다.
제2 프레임부는 높이방향(Z방향)으로 서로 이격된 제1 횡방향 부재(41)와 제2 횡방향 부재(43), 및 폭방향(Y방향)으로 서로 이격되고 제1 횡방향 부재와 제2 횡방향 부재를 연결하는 제1 종방향 부재(42)와 제2 종방향 부재(44)를 포함할 수 있다.
여기서, 제1 횡방향 부재(41)와 제2 횡방향 부재(43)의 두께는 제1 종방향 부재(42)와 제2 종방향 부재(44)의 두께보다 두껍게 형성될 수 있다. 예를 들면, 횡방향 부재들은 종방향 부재들보다 3배 이상의 두께를 가질 수 있다.
하지만, 횡방향 부재(41, 43)들의 종방향 부재(42, 44)들에 대한 상대적인 두께는 반드시 전술한 예에 한정되지 않는다.
적어도 제2 프레임부(40)의 횡방향 부재(41, 43)들은 제1 프레임부(30)보다 두꺼운 두께를 가질 수 있다.
*제2 프레임부(40)의 높이는 제1 프레임부(30)의 개방부(29)의 높이에 대응되고, 제2 프레임부의 폭은, 제1 프레임부의 제1 가로부재(31)의 제1 길이(L1)와 제3 가로부재(33)의 제3 길이(L3)를 더한 길이(L1+L3)에 대응될 수 있다. 혹은, 제2 프레임부의 폭은, 제1 프레임부의 제2 가로부재(32)의 제2 길이(L2)와 제4 가로부재(34)의 제4 길이(L4)를 더한 길이(L2+L4)에 대응될 수 있다.
제2 프레임부(40)는 제1 프레임부(30) 내에서 적어도 돌출부(39)와 정렬되어 배치될 수 있으며, 제1 프레임부의 개방 단면, 즉 개방부(29)를 폐쇄하여 사이드 프레임(10) 전체를 폐쇄 단면으로 형성할 수 있다.
이와 같이 형성되고 배치된 제2 프레임부(40)는 사이드 프레임(10)의 내부를 구성할 수 있다.
도 5는 제2 프레임부의 변형예를 도시한 단면도들이다.
충돌에 대한 요구 수준이 높은 경우에, 제2 프레임부(40)는 횡방향 부재(41, 43)들 사이에 보강 종방향 부재(45)를 더 포함할 수 있다(도 5의 (a) 참조).
또한, 제1 횡방향 부재(41)와 제2 횡방향 부재(43)는 제1 종방향 부재(42)와 제2 종방향 부재(44) 사이의 거리보다 연장한 폭방향(Y방향) 길이를 가져 연장부(46)를 형성할 수 있다(도 5의 (b) 참조).
이 경우에, 제2 종방향 부재(44)로부터 또는 제2 종방향 부재의 위치보다 더 연장한 횡방향 부재(41, 43)들의 연장부(46)는, 제1 프레임부(30)와 제2 프레임부(40) 간의 접합을 위한 플랜지로서의 역할을 수행할 수 있으며, 충돌 초기의 좌굴 모드가 연장부에서부터 일어나 충격 흡수를 보완하는 역할도 가능하게 된다.
도 6은 제2 프레임부의 코너부를 성형하는 단계를 도시한 평면도이다.
제2 프레임부(40)는 압출 등에 의해 폐쇄 단면을 갖고서 소정의 길이를 갖도록 길게 형성될 수 있다.
다음으로, 적절한 벤딩 가공장치를 사용하여, 대략 90도의 각도를 갖도록 2개소에서 동일한 방향으로 제2 프레임부(40)를 구부려 코너부(14)를 형성한다.
코너부(14)를 형성하기 전 또는 후에, 차체에 고정하는 데에 필요한 장착홀(11)이나 제1 프레임부(30)와 결합하는 데에 필요한 결합홀을 천공에 의해 형성한다.
이로써, 대략 ㄷ자 형상을 동일하게 또는 대칭되게 가진 2개의 제2 프레임부(40)가 형성될 수 있다.
이와 같이, 제2 프레임부(40)를 형성하는 데에 용접이 필요 없게 되어, 제2 프레임부는 용접부를 생략할 수 있는 장점이 있다.
더불어, 제2 프레임부(40)의 코너부(14)를 용접 없이 벤딩 가공을 통해 형성함으로써, 제2 프레임부의 부품수와 공정수를 획기적으로 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 사이드 프레임(10)에서, 제1 프레임부(30)와 제2 프레임부(40)는 서로 상이한 재질로 형성될 수 있다.
예를 들어, 제1 프레임부(30)는 강재 등과 같이 비중이 4 이상인 중금속 재질로 만들어질 수 있다. 제2 프레임부(40)는 제1 프레임부보다 비중이 낮은 재질로 만들어질 수 있다.
혹은, 제2 프레임부(40)는 제1 프레임부(30)보다 높은 비강도를 가진 재질로 만들어질 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 프레임부(30)는 1GPa급 이상의 초고강도강을 채용함으로써, 사이드 프레임(10), 더 나아가 배터리 케이스의 경량화를 위한 최적의 조합이 이루어질 수 있다.
예를 들어, 제1 프레임부(30)는 본 출원인이 생산하는 두께 0.5mm ~ 1.5mm 정도의 1470 MART(Martensitic)강　또는 1180 CP(Complex Phase)강 등의 판재로 만들어질 수 있다.
여기서, 1470 MART강은 1,470MPa 이상의 인장강도 및 1,050MPa 이상의 항복강도를 가져 충돌 안전성을 향상시킨 강종이며, 1180 CP강은 1180MPa 이상의 인장강도 및 850MPa 이상의 항복강도를 보증하면서 굽힘 가공성이 개선된 강종이다.
또한, 제2 프레임부(40)는 압출로 성형 가능한 재질, 예컨대 알루미늄 등과 같은 경금속이나 그 합금, 플라스틱, 복합재료 등으로 만들어질 수 있다.
이와 같이, 제1 프레임부(30)와 제2 프레임부(40)는 이종 재질로 형성되기 때문에, 제1 프레임부와 제2 프레임부는 리벳(예컨대 블라인드 리벳), 나사(예컨대 플로우 드릴 스크류(Flow Drill Screw)) 등과 같은 고정구를 통한 기계적 접합과, 구조용 접착제 등과 같은 접착제(15)를 통한 화학적 접합으로 서로 결합할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 사이드 프레임(10)을 조립할 때에는, 우선 별도로 성형된 제1 프레임부(30)와 제2 프레임부(40)를 서로에 대해 폭방향(Y방향)으로 상대이동시키면서 제2 프레임부를 제1 프레임부 내 돌출부(39)에 끼울 수 있다.
이어서, 제1 프레임부(30)의 제3 가로부재(36)와 제2 프레임부(40)의 제1 횡방향 부재(41), 그리고 제1 프레임부의 제4 가로부재(37)와 제2 프레임부의 제2 횡방향 부재(43) 사이에는 접착제(15)가 개재되어 서로 접합될 수 있다.
또한, 제1 프레임부(30)의 제1 세로부재(31)와 제2 프레임부(40)의 제1 종방향 부재(42) 사이에는 접착제(15)가 개재되어 서로 접합될 수 있다.
이러한 접착제(15)는 제1 프레임부(30)와 제2 프레임부(40) 사이의 결합뿐 아니라, 예컨대 제1 프레임부는 강재로 형성되고 제2 프레임부는 알루미늄재로 형성되는 경우에 이들 이종 재질의 직접적인 접촉에 의해 야기되는 부식을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
물론, 조립 방법은 반드시 전술한 예에 한정되지 않으며, 리벳이나 나사 등과 같은 고정구와 구조용 접착제 등과 같은 접착제(15)가 함께 조합되어 제1 프레임부(30)와 제2 프레임부(40)의 결합에 이용될 수 있다.
이와 같이, 제1 프레임부(30)와 제2 프레임부(40)를 조립하는 데에도 용접이 필요 없게 되어, 본 발명의 일 실시예에 따른 사이드 프레임(10)에서는 용접부를 현저히 줄일 수 있고 조립이 용이하게 이루어질 수 있는 장점이 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 사이드 프레임(10)에서, 경량 재질의 제2 프레임부(40)는 고강도 재질의 제1 프레임부(30) 내에 추가의 가로부재(즉, 횡방향 부재들(41, 43))를 제공하거나 적어도 제3 및 제4 가로부재(36, 37)의 두께를 더 부가할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 사이드 프레임(10)에서, 경량 재질의 제2 프레임부(40)는 배터리 케이스 및 배터리 셀의 측면부를 감싸고 있어 구조적 안정성이 향상될 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 사이드 프레임(10)은, 이종 재질의 제1 프레임부(30)와 제2 프레임부(40)를 포함하고, 두꺼운 가로부재를 필요로 하는 부분에는 경량 재질을 배치하고 강도가 요구되는 세로부재에는 고강도 재질을 배치함과 더불어, 사이드 프레임에 마운팅 프레임을 일체화시켜 고성능 및 저비용의 매우 효율적인 구조를 구현할 수 있는 장점이 있게 되는 것이다.
이로써, 충돌 초기에는 두꺼운 가로부재에 의해 좌굴 및 소성 힌지의 현상을 방지할 수 있으며, 충돌 후기에는 고강도의 세로부재로 굽힘 변형에 대응할 수 있다.
또한, 최초 충격을 받는 마운팅 프레임의 역할을 고려하여 가로부재를 기존의 마운팅 프레임의 위치까지 연장하고 외측을 고강도 재질로 둘러싸서, 사이드 프레임만으로도 역학적 특성을 만족시키고 구조의 효율성을 극대화할 수 있게 된다.
본 출원인은 본 발명의 일 실시예에 따른 사이드 프레임에 대하여 시뮬레이션을 통해 성능 해석을 실시하였다.
예를 들면, 강체로 된 원기둥으로 사이드 프레임의 측면을 충격하여 일정 수준의 충돌 하중을 견디는 성능과 관련하여, 종래의 단일 재질로 된 사이드 프레임과 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 재질의 사이드 프레임을 비교해 보았다.
그 결과, 유사한 무게를 가짐에도 불구하고, 본 발명의 사이드 프레임이 2배 이상의 성능을 나타냄을 확인할 수 있었다.
따라서, 동등 수준의 성능을 구현하도록 설계할 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 이종 재질의 사이드 프레임은 단일 재질의 사이드 프레임 대비 무게를 대폭 줄일 수 있으며, 시뮬레이션을 통한 해석 결과에 의하면 최대 20%의 경량화 효과를 얻을 수 있는 것으로 확인되었다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 사이드 프레임을 이종 재질로 형성함으로써, 압출재의 장점과 강성 재질의 장점을 골고루 활용할 수 있어 충분한 구조 강성을 발휘할 뿐만 아니라 경량화와 비용 절감이 이루어질 수 있는 효과를 얻게 된다.
또한, 본 발명에 의하면, 용접부 없이 굽힘 성형으로 코너부를 형성함으로써, 사이드 프레임에서 용접부를 현저히 줄여 용접부의 결함을 근본적으로 해결할 수 있는 한편, 내충격성이 강화되는 효과를 얻을 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.
본 명세서 및 도면들에서는, 제1 프레임부의 가로부재와 제2 프레임부의 횡방향 부재, 그리고 제1 프레임부의 세로부재와 제2 프레임부의 종항향 부재는 단지 용어를 구분하기 위한 목적으로 사용한 것이며, 다른 기술적 의미를 가지는 것은 아님을 밝혀둔다.
따라서, 본 명세서 및 도면에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
[부호의 설명]
1: 제1 케이스 2: 제2 케이스
3: 본체 4: 플랜지
10: 사이드 프레임 11: 장착홀
12: 노치부 13, 14: 코너부
15: 접착제 20: 베이스판
29: 개방부 30: 제1 프레임부
31: 제1 세로부재 32: 제2 세로부재
33: 제3 세로부재 34: 제1 가로부재
35: 제2 가로부재 36: 제3 가로부재
37: 제4 가로부재 38: 벽부
39: 돌출부 40: 제2 프레임부
41: 제1 횡방향 부재 42: 제1 종방향 부재
43: 제2 횡방향 부재 44: 제2 종방향 부재
45: 보강 종방향 부재 46: 연장부

Claims (14)

  1. 개방 단면을 갖도록 형성된 제1 프레임부; 및
    상기 제1 프레임부 내에서 상기 제1 프레임부의 개방 단면을 폐쇄하도록 배치되어 상기 제1 프레임부에 결합된 제2 프레임부
    를 포함하고,
    상기 제1 프레임부와 상기 제2 프레임부는 상이한 재질로 형성되며,
    상기 제1 프레임부와 상기 제2 프레임부의 각 코너부는 굽힘 성형된 배터리 케이스의 사이드 프레임.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 프레임부는,
    제1 높이를 가진 제1 세로부재;
    상기 제1 세로부재로부터 제1 길이만큼 이격되고, 상기 제1 높이보다 짧은 제2 높이를 가진 제2 세로부재;
    상기 제2 세로부재로부터 높이방향으로 이격되면서 상기 제1 세로부재로부터 제2 길이만큼 이격되고, 상기 제1 높이보다 짧은 제3 높이를 가진 제3 세로부재;
    상기 제1 세로부재의 일단과 상기 제2 세로부재의 일단을 연결하는 제1 가로부재;
    상기 제1 세로부재의 타단과 상기 제3 세로부재의 일단을 연결하는 제2 가로부재;
    상기 제2 세로부재의 타단에 일단이 연결되어 제3 길이만큼 폭방향으로 연장한 제3 가로부재; 및
    상기 제3 세로부재의 타단에 일단이 연결되어 제4 길이만큼 폭방향으로 연장한 제4 가로부재
    를 포함하고,
    상기 제3 가로부재의 타단과 상기 제4 가로부재의 타단 사이에 개방부가 형성된 배터리 케이스의 사이드 프레임.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 프레임부는,
    상기 제1 높이를 가진 벽부; 및
    상기 벽부로부터 폭방향 일측으로 상기 제3 길이 또는 상기 제4 길이만큼 연장한 돌출부
    를 포함하고,
    상기 돌출부의 일측에 상기 개방부가 형성된 배터리 케이스의 사이드 프레임.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 프레임부는 상기 제1 프레임부 내에서 적어도 돌출부에 배치되어, 상기 개방부를 폐쇄하는 배터리 케이스의 사이드 프레임.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 프레임부는 상기 제1 프레임부 내에서 고정구를 통한 기계적 접합 또는 접착제를 통한 화학적 접합에 의해 결합하는 배터리 케이스의 사이드 프레임.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 프레임부의 코너부에는 굽힘 성형을 위한 노치부가 형성된 배터리 케이스의 사이드 프레임.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 프레임부는,
    높이방향으로 서로 이격된 제1 횡방향 부재와 제2 횡방향 부재; 및
    폭방향으로 서로 이격되고 상기 제1 횡방향 부재와 상기 제2 횡방향 부재를 연결하는 제1 종방향 부재와 제2 종방향 부재
    를 포함하는 배터리 케이스의 사이드 프레임.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 횡방향 부재와 상기 제2 횡방향 부재의 두께는 상기 제1 종방향 부재와 상기 제2 종방향 부재의 두께보다 두껍게 형성된 배터리 케이스의 사이드 프레임.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1 횡방향 부재와 상기 제2 횡방향 부재는 상기 제1 프레임부보다 두꺼운 두께를 갖는 배터리 케이스의 사이드 프레임.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 제2 프레임부는, 상기 제1 횡방향 부재와 상기 제2 횡방향 부재 사이에 보강 종방향 부재를 더 포함하는 배터리 케이스의 사이드 프레임.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 제1 횡방향 부재와 상기 제2 횡방향 부재는, 상기 제1 종방향 부재와 상기 제2 종방향 부재 사이의 거리보다 연장한 연장부를 형성하는 배터리 케이스의 사이드 프레임.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 프레임부는 상기 제1 프레임부보다 비중이 낮은 재질로 만들어진 배터리 케이스의 사이드 프레임.
  13. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 프레임부는 상기 제1 프레임부보다 높은 비강도를 가진 재질로 만들어진 배터리 케이스의 사이드 프레임.
  14. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 프레임부는 단일 판재를 절곡시켜 성형되고,
    상기 제2 프레임부는 압출에 의해 형성된 배터리 케이스의 사이드 프레임.
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