KR102485011B1 - 배터리 케이스의 사이드 프레임 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 외부 충격으로부터 배터리 셀을 충분히 보호하면서 경량화와 비용 절감을 동시에 달성할 수 있는 배터리 케이스의 사이드 프레임에 관한 것으로, 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 형성될 수 있다.

Description

배터리 케이스의 사이드 프레임 {Side frame for battery case}
본 발명은, 외부 충격으로부터 배터리 셀을 충분히 보호하면서 단일 재질에 비해 경량화와 비용 절감을 동시에 달성할 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 있는 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 형성되고, 상기 제1 프레임부는, 제1 높이를 가진 제1 세로부재; 상기 제1 세로부재의 하단에 일단이 연결되어 제1 길이만큼 폭방향으로 연장한 제1 가로부재; 상기 제1 세로부재로부터 상기 제1 길이보다 짧은 제2 길이만큼 이격되고, 상기 제1 높이보다 짧은 제2 높이를 가진 제2 세로부재; 상기 제1 세로부재의 상단과 상기 제2 세로부재의 상단을 연결하는 제2 가로부재; 및 상기 제2 세로부재의 하단에 일단이 연결되어 상기 제1 길이보다 짧은 제3 길이만큼 폭방향으로 연장한 제3 가로부재를 포함하고, 상기 제1 가로부재의 타단과 상기 제3 가로부재의 타단 사이에 개방부가 형성되고, 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 부재를 포함하고,상기 제1 횡방향 부재와 상기 제2 횡방향 부재의 두께는 상기 제1 종방향 부재와 상기 제2 종방향 부재의 두께보다 두껍게 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 케이스의 사이드 프레임은, 폐쇄 단면을 갖도록 형성된 제1 프레임부; 및 상기 제1 프레임부 내에 삽입되어 상기 제1 프레임부에 결합된 제2 프레임부를 포함하고, 상기 제1 프레임부와 상기 제2 프레임부는 상이한 재질로 형성되고, 상기 제1 프레임부는, 제1 높이를 가진 제1 세로부재; 상기 제1 세로부재의 하단에 일단이 연결되어 제1 길이만큼 폭방향으로 연장한 제1 가로부재; 상기 제1 세로부재로부터 상기 제1 길이보다 짧은 제2 길이만큼 이격되고, 상기 제1 높이보다 짧은 제2 높이를 가진 제2 세로부재; 상기 제1 세로부재의 상단과 상기 제2 세로부재의 상단을 연결하는 제2 가로부재; 상기 제1 가로부재의 타단에 하단이 연결되고, 상기 제1 높이보다 짧은 제3 높이를 가진 제3 세로부재; 및 상기 제2 세로부재의 하단과 상기 제3 세로부재의 상단을 연결하고, 상기 제1 길이보다 짧은 제3 길이를 가진 제3 가로부재를 포함하고, 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 부재를 포함하고, 상기 제1 횡방향 부재와 상기 제2 횡방향 부재의 두께는 상기 제1 종방향 부재와 상기 제2 종방향 부재의 두께보다 두껍게 형성될 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.
도 1은 본 발명에 따른 사이드 프레임이 적용된 배터리 케이스를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 사이드 프레임을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 사이드 프레임을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 사이드 프레임을 도시한 단면도이다.
도 5는 측면 충돌시, 종래의 알루미늄재로 된 사이드 프레임과 본 발명에 따른 이종 재질을 가진 사이드 프레임의 성능을 비교한 그래프이다.
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 발명에 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 4개의 사이드 프레임(10)이 베이스판(20)을 둘러싸도록 마련된다. 각 사이드 프레임의 양단부는 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 제1 실시예에 따른 사이드 프레임을 도시한 단면도이다.
본 발명의 제1 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 ㄴ자 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(32); 제1 세로부재의 하단에 일단이 연결되어 제1 길이(L1)만큼 폭방향으로 연장한 제1 가로부재(31); 제1 세로부재로부터 제1 길이보다 짧은 제2 길이(L2)만큼 이격되고, 제1 높이보다 짧은 제2 높이(H2)를 가진 제2 세로부재(34); 제1 세로부재의 상단과 제2 세로부재의 상단을 연결하는 제2 가로부재(33); 및 제2 세로부재의 하단에 일단이 연결되어 제1 길이보다 짧은 제3 길이(L3)만큼 폭방향으로 연장한 제3 가로부재(35)를 포함할 수 있다.
제1 프레임부(30)는 예컨대 금속 등과 같은 단일 판재를 기계가공하여 일체로 형성될 수 있다.
예를 들면, 판재가 일단에서 제1 길이(L1)만큼 폭방향(Y방향)으로 연장하여 제1 가로부재(31)를 형성한 후 제1 방향(도 2에서 시계방향)으로 1회 절곡된다. 이어서, 제1 높이(H1)만큼 높이방향(Z방향)으로 상승하여 제1 세로부재(32)를 형성한 후 동일한 방향으로 1회 절곡된다. 제2 길이(L2) 정도 폭방향으로 연장하여 제2 가로부재(33)를 형성한 후 동일한 방향으로 1회 더 절곡된다. 이어서, 제2 높이(H2)만큼 높이방향으로 하강하여 제2 세로부재(34)를 형성한 후 최초 절곡방향의 반대인 제2 방향(도 2에서 반시계방향)으로 1회 절곡된다. 그 후에 제3 길이(L3)만큼 폭방향으로 연장하여 제3 가로부재(35)를 형성한다.
이와 같이 소정 길이로 연장한 후 절곡되는 방식을 반복하여 원하는 수의 가로부재(31, 33, 35) 및 세로부재(32, 34)와 함께 개방 단면이 형성되고 나서, 판재는 타단에서 종결된다.
이로써, 제1 프레임부(30)는 제1 높이(H1)를 가진 벽부(37)와, 벽부로부터 폭방향(Y방항) 일측으로 제3 길이(L3)만큼 연장한 돌출부(38)를 포함할 수 있다.
벽부(37)는 대략 제1 세로부재(32), 제1 가로부재(31)의 일부, 제2 세로부재(34), 및 제2 가로부재(33)로 구획될 수 있다. 돌출부(38)는 제3 가로부재(35)와 이에 대응되는 제1 가로부재(31)의 부분으로 형성될 수 있다.
벽부(37)는 기존의 사이드 프레임에 대응되는 한편, 돌출부(38)는 기존의 마운팅 프레임에 대응된다, 결국, 본 발명의 제1 실시예에 따른 사이드 프레임(10)에서는, 마운팅 프레임을 사이드 프레임에 통합시켜 사이드 프레임과 일체로 형성할 수 있게 되는 것이다.
또한, 제1 프레임부(30)에서, 제1 세로부재(32)와 제2 세로부재(34)는 제2 길이(L2)만큼 서로 이격될 수 있으며, 제1 가로부재(31)와 제3 가로부재(33)는 제1 높이(H1)와 제2 높이(H2)의 높이차만큼 서로 이격됨과 동시에 제1 가로부재의 단부와 제3 가로부재의 단부 사이에 개방부(39)를 가질 수 있다.
이에 따라, 제1 프레임부(30)의 돌출부(38)는 개방부(39)를 포함할 수 있으며, 돌출부 및 개방부는 제1 높이(H1)와 제2 높이(H2)의 높이차에 해당하는 높이를 갖게 된다.
여기서, 복수의 가로부재와 복수의 세로부재는 반드시 완전한 수평 또는 수직으로 형성되는 것은 아니고 기울기를 가질 수 있다. 이에 따라 이격거리나 높이차 등은 가변될 수 있다.
이와 같이 형성된 제1 프레임부(30)는 사이드 프레임(10)의 외부를 구성할 수 있다.
제1 프레임부(30)는 소정의 길이를 갖도록 길게 형성되고, 제1 가로부재(31)의 저면과 같은 일측면이 예컨대 용접 등과 같은 접합에 의해 베이스판(20)에 결합될 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.
또한, 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(39)의 높이에 대응되고, 제2 프레임부의 폭은 제1 프레임부의 제1 가로부재(31)의 제1 길이(L1)에 대응될 수 있다. 다시 말해, 제1 횡방향 부재(41)와 제2 횡방향 부재(43)는 제1 길이(L1)와 동일한 길이를 가질 수 있다.
제2 프레임부(40)는 제1 프레임부(30) 내에서 적어도 돌출부(38)와 정렬되어 배치될 수 있으며, 제1 프레임부의 개방 단면, 즉 개방부(39)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.
본 발명의 제1 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 본 출원인이 생산하는 예컨대 두께 0.5mm ~ 1.5mm 정도의 1470 MART(Martensitic)강 등의 판재로 만들어질 수 있다. 여기서, 1470 MART강은 1,470MPa 이상의 인장강도 및 1,050MPa 이상의 항복강도를 가져 충돌 안전성을 향상시킨 강종이다.
이 경우에, 제1 프레임부(30)는 벤딩(Bending), 롤 포밍(Roll Forming), 프레스 포밍(Press Forming) 등에 의해 성형될 수 있다.
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(51) 등과 같은 고정구를 통한 기계적 접합과, 구조용 접착제 등과 같은 접착제(52)를 통한 화학적 접합으로 서로 결합할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 사이드 프레임(10)을 조립할 때에는, 우선 별도로 성형된 제1 프레임부(30)와 제2 프레임부(40)를 서로에 대해 길이방향(X방향)으로 상대이동시키면서 제2 프레임부를 제1 프레임부 내 돌출부(38)에 끼울 수 있다.
이어서, 제1 프레임부(30)의 제1 세로부재(32)는 제2 프레임부(40)의 제1 종방향 부재(42)와 리벳(51)에 의해 결합할 수 있다. 제1 프레임부의 제1 가로부재(31)와 제2 프레임부의 제1 횡방향 부재(41), 그리고 제1 프레임부의 제3 가로부재(35)와 제2 프레임부의 제2 횡방향 부재(43) 사이에는 접착제(52)가 개재되어 서로 접합될 수 있다.
이러한 접착제(52)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, 리벳(51) 등과 같은 고정구와 구조용 접착제 등과 같은 접착제(52)가 함께 조합되어 제1 프레임부(30)와 제2 프레임부(40)의 결합에 이용될 수 있다.
이에 따라, 경량 재질의 제2 프레임부(40)는 고강도 재질의 제1 프레임부(30) 내에 추가의 가로부재(즉, 제2 횡방향 부재(43))를 제공하거나 적어도 제1 및 제3 가로부재(31, 35)의 두께를 더 부가할 수 있게 된다.
본 발명의 제1 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.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 사이드 프레임을 도시한 단면도이다.
본 발명의 제2 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 ㄴ자 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(32); 제1 세로부재의 하단에 일단이 연결되어 제1 길이(L1)만큼 폭방향으로 연장한 제1 가로부재(31); 제1 세로부재로부터 제1 길이보다 짧은 제2 길이(L2)만큼 이격되고, 제1 높이보다 짧은 제2 높이(H2)를 가진 제2 세로부재(34); 제1 세로부재의 상단과 제2 세로부재의 상단을 연결하는 제2 가로부재(33); 제1 가로부재의 타단에 하단이 연결되고, 제1 높이보다 짧은 제3 높이(H3)를 가진 제3 세로부재(36); 및 제3 세로부재의 상단에 일단이 연결되어 제1 세로부재를 향해 제1 길이보다 짧은 제3 길이(L3)만큼 폭방향으로 연장한 제3 가로부재(35)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(35)를 형성한 후 제1 방향(도 3에서 시계방향)으로 1회 절곡된다. 이어서, 제3 높이(H3)만큼 높이방향(Z방향)으로 하강하여 제3 세로부재(36)를 형성한 후 동일한 방향으로 1회 절곡된다. 이어서, 제1 길이(L1)만큼 폭방향으로 연장하여 제1 가로부재(31)를 형성한 후 동일한 방향으로 1회 절곡된다. 이어서, 제1 높이(H1)만큼 높이방향으로 상승하여 제1 세로부재(32)를 형성한 후 동일한 방향으로 1회 절곡된다. 제2 길이(L2)만큼 폭방향으로 연장하여 제2 가로부재(33)를 형성한 후 동일한 방향으로 1회 더 절곡된다. 그 후에 제2 높이(H2)만큼 높이방향으로 하강하여 제2 세로부재(34)를 형성한다.
이와 같이 소정 길이로 연장한 후 절곡되는 방식을 반복하여 원하는 수의 가로부재(31, 33, 35) 및 세로부재(32, 34, 36)와 함께 개방 단면이 형성되고 나서, 판재는 타단에서 종결된다.
이로써, 제1 프레임부(30)는 제1 높이(H1)를 가진 벽부(37)와, 벽부로부터 폭방향(Y방향) 일측으로 제3 길이(L3)만큼 또는 제3 길이보다 다소 길게 연장한 돌출부(38)를 포함할 수 있다.
벽부(37)는 대략 제1 세로부재(32), 제1 가로부재(31)의 일부, 제2 세로부재(34), 및 제2 가로부재(33)로 구획될 수 있다. 돌출부(38)는 제3 가로부재(35)와 이에 대응되는 제1 가로부재(31)의 부분, 및 제3 세로부재(36)로 구획될 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 사이드 프레임(10)에서는, 마운팅 프레임을 사이드 프레임에 통합시켜 사이드 프레임과 일체로 형성할 수 있다.
또한, 제1 프레임부(30)에서, 제1 세로부재(32)와 제2 세로부재(34)는 제2 길이(L2)만큼 서로 이격될 수 있으며, 제1 세로부재(32)와 제3 세로부재(36)는 제1 길이(L1)만큼 서로 이격될 수 있다.
또, 제1 프레임부(30)는 제2 세로부재(34)의 단부와 제3 가로부재(35)의 단부 사이에 개방부(39)를 가질 수 있다.
이에 따라, 제1 프레임부(30)는 벽부(37)와 돌출부(38) 사이에 개방부(39)를 포함할 수 있으며, 개방부는 제1 높이(H1)에서 제2 높이(H2)와 제3 높이(H3)의 합을 뺀 나머지에 해당하는 높이를 갖게 된다.
여기서, 복수의 가로부재와 복수의 세로부재는 반드시 완전한 수평 또는 수직으로 형성되는 것은 아니고 기울기를 가질 수 있다. 이에 따라 이격거리 등은 가변될 수 있다.
이와 같이 형성된 제1 프레임부(30)는 사이드 프레임(10)의 외부를 구성할 수 있다.
제1 프레임부(30)는 소정의 길이를 갖도록 길게 형성되고, 제1 가로부재(31)의 저면과 같은 일측면이 예컨대 용접 등과 같은 접합에 의해 베이스판(20)에 결합될 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 프레임부(40)는 높이방향(Z방향)으로 서로 이격된 제1 횡방향 부재(41)와 제2 횡방향 부재(42), 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.
제2 프레임부(40)는 제2 종방향 부재(44)로부터 제1 횡방향 부재(41)에 연속되거나 평행하게 연장한 제3 횡방향 부재(45), 및 제1 횡방향 부재(41)로부터 제1 종방향 부재(42)에 연속되거나 평행하게 연장한 제3 종방향 부재(46)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 제1 횡방향 부재(41)와 제2 횡방향 부재(43) 및 제3 횡방향 부재(45)의 두께는 제1 종방향 부재(42)와 제2 종방향 부재(44) 및 제3 종방향 부재(46)의 두께보다 두껍게 형성될 수 있다. 예를 들면, 횡방향 부재들은 종방향 부재들보다 3배 이상의 두께를 가질 수 있다.
또한, 적어도 제2 프레임부(40)의 횡방향 부재(41, 43, 45)들은 제1 프레임부(30)보다 두꺼운 두께를 가질 수 있다.
제2 프레임부(40)에서, 제1 횡방향 부재(41)와 제2 횡방향 부재(43)는 제2 길이(L2)와 동일한 길이를 가질 수 있다.
제2 프레임부(40)는 제1 프레임부(30) 내에서 적어도 벽부(37)와 정렬되어 배치될 수 있으며, 제1 프레임부의 개방 단면, 즉 개방부(39)를 폐쇄하여 사이드 프레임(10) 전체를 폐쇄 단면으로 형성할 수 있다.
제2 프레임부(40)의 제3 종방향 부재(46)는 제1 프레임부(30)의 제1 세로부재(32)에 의해 지지될 수 있다.
제2 프레임부(40)의 제3 횡방향 부재(45)는 제1 프레임부(30)의 제3 가로부재(35) 상에 배치될 수 있다.
하지만, 제2 프레임부(40)의 제3 횡방향 부재(45)의 배치는 반드시 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제2 프레임부의 제3 횡방향 부재는 제1 프레임부(30)의 제3 가로부재(35)와 제1 가로부재(31) 사이에 배치되고서, 제3 횡방향 부재의 단부가 제1 프레임부의 제3 세로부재(36)에 닿아 지지될 수도 있다.
이와 같이 형성되고 배치된 제2 프레임부(40)는 사이드 프레임(10)의 내부를 구성할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 사이드 프레임(10)에서, 제1 프레임부(30)와 제2 프레임부(40)는 제1 실시예와 마찬가지로 서로 상이한 재질로 형성될 수 있다.
예를 들어, 제1 프레임부(30)는 강재 등과 같은 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 본 출원인이 생산하는 예컨대 두께 0.5mm ~ 1.5mm 정도의 1470 MART강 등의 판재로 만들어질 수 있다.
이 경우에, 제1 프레임부(30)는 벤딩, 롤 포밍, 프레스 포밍 등에 의해 성형될 수 있다.
또한, 제2 프레임부(40)는 압출로 성형 가능한 재질, 예컨대 알루미늄 등과 같은 경금속이나 그 합금, 플라스틱, 복합재료로 만들어질 수 있다.
이와 같이, 제1 프레임부(30)와 제2 프레임부(40)는 이종 재질로 형성되기 때문에, 제1 프레임부와 제2 프레임부는 리벳(51) 등과 같은 고정구를 통한 기계적 접합과, 구조용 접착제 등과 같은 접착제(52)를 통한 화학적 접합으로 서로 결합할 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 사이드 프레임(10)을 조립할 때에는, 우선 별도로 성형된 제1 프레임부(30)와 제2 프레임부(40)를 서로에 대해 길이방향(X방향)으로 상대이동시키면서 제2 프레임부를 제1 프레임부 내 벽부(37)에 끼울 수 있다.
이어서, 제1 프레임부(30)의 제1 세로부재(32)는 제2 프레임부(40)의 제1 종방향 부재(42) 및 제3 종방향 부재(46)와 리벳(51)에 의해 결합할 수 있다. 제1 프레임부의 제2 세로부재(34)는 제2 프레임부의 제2 종방향 부재(44)와 리벳(51)에 의해 결합할 수 있다. 제1 프레임부(30)의 제3 가로부재(35)와 제2 프레임부(40)의 제3 횡방향 부재(45) 사이에는 접착제(52)가 개재되어 서로 접합될 수 있다.
이러한 접착제(52)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, 리벳(51) 등과 같은 고정구와 구조용 접착제 등과 같은 접착제(52)가 함께 조합되어 제1 프레임부(30)와 제2 프레임부(40)의 결합에 이용될 수 있다.
이에 따라, 경량 재질의 제2 프레임부(40)는 고강도 재질의 제1 프레임부(30) 내에 추가의 가로부재(즉, 제1 횡방향 부재(41)와 제2 횡방향 부재(43))를 제공함과 동시에 제3 가로부재(35)의 두께를 더 부가할 수 있게 된다.
본 발명의 제2 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.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 사이드 프레임을 도시한 단면도이다.
본 발명의 제3 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 ㄴ자 형상의 단면을 갖도록 여러 번 절곡시킨 후 만나는 단부를 용접하여 형성될 수 있다. 이로써, 제1 프레임부는 내부에 폐쇄 단면의 중공부를 가질 수 있다.
제1 프레임부(30)는, 제1 높이(H1)를 가진 제1 세로부재(32); 제1 세로부재의 하단에 일단이 연결되어 제1 길이(L1)만큼 폭방향으로 연장한 제1 가로부재(31); 제1 세로부재로부터 제1 길이보다 짧은 제2 길이(L2)만큼 이격되고, 제1 높이보다 짧은 제2 높이(H2)를 가진 제2 세로부재(34); 제1 세로부재의 상단과 제2 세로부재의 상단을 연결하는 제2 가로부재(33); 제1 가로부재의 타단에 하단이 연결되고, 제1 높이보다 짧은 제3 높이(H3)를 가진 제3 세로부재(36); 및 제2 세로부재의 하단과 제3 세로부재의 상단을 연결하고, 제1 길이보다 짧은 제3 길이(L3)를 가진 제3 가로부재(35)를 포함할 수 있다.
제1 프레임부(30)는 예컨대 금속 등과 같은 단일 판재를 기계가공하여 일체로 형성될 수 있다.
예를 들면, 판재가 일단에서 제2 높이(H2)만큼 높이방향(Z방향)으로 하강하여 제2 세로부재(34)를 형성한 후 제2 방향(도 4에서 반시계방향)으로 1회 절곡된다. 이어서, 제3 길이(L3)만큼 폭방향(Y방향)으로 연장하여 제3 가로부재(35)를 형성한 후 최초 절곡방향의 반대인 제1 방향(도 4에서 시계방향)으로 1회 절곡된다. 이어서, 제3 높이(H3)만큼 높이방향으로 하강하여 제3 세로부재(36)를 형성한 후 동일한 제1 방향으로 1회 절곡된다. 이어서, 제1 길이(L1)만큼 폭방향으로 연장하여 제1 가로부재(31)를 형성한 후 동일한 방향으로 1회 절곡된다. 이어서, 제1 높이(H1)만큼 높이방향으로 상승하여 제1 세로부재(32)를 형성한 후 동일한 방향으로 1회 절곡된다. 제2 길이(L2)만큼 폭방향으로 연장하여 제2 가로부재(33)를 형성한 후 동일한 방향으로 1회 더 절곡된다. 그 후에 판재의 타단이 일단에 용접되어 용접부(53)를 형성한다.
이와 같이 소정 길이로 연장한 후 절곡되는 방식을 반복하여 원하는 수의 가로부재(31, 33, 35) 및 세로부재(32, 34, 36)와 함께 폐쇄 단면이 형성되고 나서, 판재의 양단은 용접으로 이어지게 된다.
이로써, 제1 프레임부(30)는 제1 높이(H1)를 가진 벽부(37)와, 벽부로부터 폭방향(Y방향) 일측으로 제3 길이(L3)만큼 연장한 돌출부(38)를 포함할 수 있다.
벽부(37)는 대략 제1 세로부재(32), 제1 가로부재(31)의 일부, 제2 세로부재(34), 및 제2 가로부재(33)로 구획될 수 있다. 돌출부(38)는 제3 가로부재(35)와 이에 대응되는 제1 가로부재(31)의 부분, 및 제3 세로부재(36)로 구획될 수 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 사이드 프레임(10)에서는, 마운팅 프레임을 사이드 프레임에 통합시켜 사이드 프레임과 일체로 형성할 수 있다.
또한, 제1 프레임부(30)에서, 제1 세로부재(32)와 제2 세로부재(34)는 제2 길이(L2)만큼 서로 이격될 수 있으며, 제1 세로부재(32)와 제3 세로부재(36)는 제1 길이(L1)만큼 서로 이격될 수 있다.
또, 제1 프레임부(30)에서, 제1 가로부재(31)와 제3 가로부재(35)는 제3 높이(H3)만큼 서로 이격될 수 있다.
여기서, 복수의 가로부재와 복수의 세로부재는 반드시 완전한 수평 또는 수직으로 형성되는 것은 아니고 기울기를 가질 수 있다. 이에 따라 이격거리 등은 가변될 수 있다.
이와 같이 형성된 제1 프레임부(30)는 사이드 프레임(10)의 외부를 구성할 수 있다.
제1 프레임부(30)는 소정의 길이를 갖도록 길게 형성되고, 제1 가로부재(31)의 저면과 같은 일측면이 예컨대 용접 등과 같은 접합에 의해 베이스판(20)에 결합될 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 프레임부(40)는 높이방향(Z방향)으로 서로 이격된 제1 횡방향 부재(41)와 제2 횡방향 부재(42), 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.
제2 프레임부(40)는 제2 종방향 부재(44)로부터 제1 횡방향 부재(41)에 연속되거나 평행하게 연장한 제3 횡방향 부재(45), 및 제1 횡방향 부재(41)로부터 제1 종방향 부재(42)에 연속되거나 평행하게 연장한 제3 종방향 부재(46)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 제1 횡방향 부재(41)와 제2 횡방향 부재(43) 및 제3 횡방향 부재(45)의 두께는 제1 종방향 부재(42)와 제2 종방향 부재(44) 및 제3 종방향 부재(46)의 두께보다 두껍게 형성될 수 있다. 예를 들면, 횡방향 부재들은 종방향 부재들보다 3배 이상의 두께를 가질 수 있다.
또한, 적어도 제2 프레임부(40)의 횡방향 부재(41, 43, 45)들은 제1 프레임부(30)보다 두꺼운 두께를 가질 수 있다.
제2 프레임부(40)에서, 제1 횡방향 부재(41)와 제2 횡방향 부재(43)는 제2 길이(L2)와 동일한 길이를 가질 수 있다. 제2 프레임부는 제1 프레임부 내에서 적어도 벽부(37)와 정렬되어 배치될 수 있다.
제2 프레임부(40)의 제3 종방향 부재(46)는 제1 프레임부(30)의 제1 세로부재(32)에 의해 지지될 수 있다.
제2 프레임부(40)의 제3 횡방향 부재(45)는 제1 프레임부(30)의 제3 가로부재(35)와 제1 가로부재(31) 사이에 배치되고서, 제3 횡방향 부재의 단부가 제1 프레임부의 제3 세로부재(36)에 닿아 지지될 수 있다.
이와 같이 형성되고 배치된 제2 프레임부(40)는 사이드 프레임(10)의 내부를 구성할 수 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 사이드 프레임(10)에서, 제1 프레임부(30)와 제2 프레임부(40)는 제1 실시예 및 제2 실시예와 마찬가지로 서로 상이한 재질로 형성될 수 있다.
예를 들어, 제1 프레임부(30)는 강재 등과 같은 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 본 출원인이 생산하는 예컨대 두께 0.5mm ~ 1.5mm 정도의 1470 MART강 등의 판재로 만들어질 수 있다.
이 경우에, 제1 프레임부(30)는 롤 포밍 등에 의해 성형될 수 있다.
또한, 제2 프레임부(40)는 압출로 성형 가능한 재질, 예컨대 알루미늄 등과 같은 경금속이나 그 합금, 플라스틱, 복합재료로 만들어질 수 있다.
이와 같이, 제1 프레임부(30)와 제2 프레임부(40)는 이종 재질로 형성되기 때문에, 제1 프레임부와 제2 프레임부는 리벳(51) 등과 같은 고정구를 통한 기계적 접합과, 구조용 접착제 등과 같은 접착제(52; 도 2 또는 도 3 참조)를 통한 화학적 접합으로 서로 결합할 수 있다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 사이드 프레임(10)을 조립할 때에는, 우선 별도로 성형된 제1 프레임부(30)와 제2 프레임부(40)를 서로에 대해 길이방향(X방향)으로 상대이동시키면서 제2 프레임부를 제1 프레임부 내 벽부(37)에 끼울 수 있다.
이어서, 제1 프레임부(30)의 제1 세로부재(32)는 제2 프레임부(40)의 제1 종방향 부재(42) 및 제3 종방향 부재(46)와 리벳(51)에 의해 결합할 수 있다. 제1 프레임부의 제2 세로부재(34)는 제2 프레임부의 제2 종방향 부재(44)와 리벳(51)에 의해 결합할 수 있다.
하지만, 조립 방법은 반드시 전술한 예에 한정되지 않으며, 리벳(51) 등과 같은 고정구와 구조용 접착제 등과 같은 접착제가 함께 조합되어 제1 프레임부(30)와 제2 프레임부(40)의 결합에 이용될 수 있다.
이에 따라, 경량 재질의 제2 프레임부(40)는 고강도 재질의 제1 프레임부(30) 내에 추가의 가로부재(즉, 제1 횡방향 부재(41)와 제2 횡방향 부재(43))를 제공할 수 있게 된다.
본 발명의 제3 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.
도 5는 측면 충돌시, 종래의 알루미늄재로 된 사이드 프레임과 본 발명에 따른 이종 재질을 가진 사이드 프레임의 성능을 비교한 그래프이다.
본 출원인은 본 발명의 제2 실시예에 따른 사이드 프레임에 대하여 시뮬레이션을 통해 성능 해석을 실시하였다.
강체로 된 원기둥으로 사이드 프레임의 측면을 충격하여 일정 수준의 충돌 하중을 견디는 성능과 관련하여, 가상의 알루미늄 압출재로만 형성된 종래의 사이드 프레임(도 5의 a)과, 본 발명의 제2 실시예에 따른 사이드 프레임(도 5의 b)의 변형량 정도를 비교해 보았다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 사이드 프레임에서, 제1 프레임부는 1470 MART강을 사용하여 롤 포밍으로 성형하고, 제2 프레임부는 6000 계열 알루미늄을 압출하여 형성한 것으로 설정하였다.
성능 해석의 결과는 아래의 표 1과 같다.
구분 무게(Kg) 무게비 변위@100KN(mm) 소재가비
a: 종래의
사이드 프레임		 9.742 100 3.55 100
b: 본 발명의
사이드 프레임		 8.342 86 3.70 44
본 발명의 이종 재질로 된 사이드 프레임에서 변형량(변위)은 알루미늄 압출재를 적용한 종래의 사이드 프레임과 유사하고, 배터리 셀과의 접촉도 없었다.
더욱이, 본 발명의 사이드 프레임은, 종래의 사이드 프레임 대비 동일한 성능을 만족하면서도 무게는 86% 정도 줄일 수 있으며, 비용은 44% 수준으로 절감할 수 있어, 매우 효율적인 구조임을 확인할 수 있었다.
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.
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, 제2 프레임부가 대략 사각형 단면을 가진 예만 설명하고 도시하지만, 제2 프레임부의 단면 형상은 이에 한정되지 않으며, 예를 들어 타원형이나 다른 임의의 다각형 단면, 또는 호(Arc) 형상이나 ㄷ자 형상의 개방 단면을 가질 수 있다.
또한, 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.
한편으로, 본 발명의 전술되고 도해된 실시예들은 서로 조합될 수 있으며, 각 실시예는 필요에 따라 선택적으로 다른 실시예의 일부 구성요소를 채용할 수 있다.
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.
1: 제1 케이스 2: 제2 케이스
3: 본체 4: 플랜지
10: 사이드 프레임 20: 베이스판
30: 제1 프레임부 31: 제1 가로부재
32: 제1 세로부재 33: 제2 가로부재
34: 제2 세로부재 35: 제3 가로부재
36: 제3 세로부재 37: 벽부
38: 돌출부 39: 개방부
40: 제2 프레임부 41: 제1 횡방향 부재
42: 제1 종방향 부재 43: 제2 횡방향 부재
44: 제2 종방향 부재 45: 제3 횡방향 부재
46: 제3 종방향 부재 51: 리벳
52: 접착제 53: 용접부

Claims (28)

  1. 삭제
  2. 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 형성되고,
    상기 제1 프레임부는,
    제1 높이를 가진 제1 세로부재;
    상기 제1 세로부재의 하단에 일단이 연결되어 제1 길이만큼 폭방향으로 연장한 제1 가로부재;
    상기 제1 세로부재로부터 상기 제1 길이보다 짧은 제2 길이만큼 이격되고, 상기 제1 높이보다 짧은 제2 높이를 가진 제2 세로부재;
    상기 제1 세로부재의 상단과 상기 제2 세로부재의 상단을 연결하는 제2 가로부재; 및
    상기 제2 세로부재의 하단에 일단이 연결되어 상기 제1 길이보다 짧은 제3 길이만큼 폭방향으로 연장한 제3 가로부재
    를 포함하고,
    상기 제1 가로부재의 타단과 상기 제3 가로부재의 타단 사이에 개방부가 형성되고,
    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 포함하고,
    상기 제1 횡방향 부재와 상기 제2 횡방향 부재의 두께는 상기 제1 종방향 부재와 상기 제2 종방향 부재의 두께보다 두껍게 형성된 배터리 케이스의 사이드 프레임.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 프레임부는,
    상기 제1 높이를 가진 벽부; 및
    상기 벽부로부터 폭방향 일측으로 상기 제3 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. 삭제
  6. 삭제
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제1 횡방향 부재와 상기 제2 횡방향 부재는 상기 제1 프레임부보다 두꺼운 두께를 갖는 배터리 케이스의 사이드 프레임.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 제1 횡방향 부재와 상기 제2 횡방향 부재는 상기 제1 길이와 동일한 길이를 갖고,
    상기 제1 종방향 부재는 상기 제1 세로부재와 기계적 접합에 의해 결합하며,
    상기 제1 가로부재와 상기 제1 횡방향 부재 사이 및 상기 제3 가로부재와 상기 제2 횡방향 부재 사이는 화학적 접합에 의해 결합하는 배터리 케이스의 사이드 프레임.
  9. 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 형성되고,
    상기 제1 프레임부는,
    제1 높이를 가진 제1 세로부재;
    상기 제1 세로부재의 하단에 일단이 연결되어 제1 길이만큼 폭방향으로 연장한 제1 가로부재;
    상기 제1 세로부재로부터 상기 제1 길이보다 짧은 제2 길이만큼 이격되고, 상기 제1 높이보다 짧은 제2 높이를 가진 제2 세로부재;
    상기 제1 세로부재의 상단과 상기 제2 세로부재의 상단을 연결하는 제2 가로부재;
    상기 제1 가로부재의 타단에 하단이 연결되고, 상기 제1 높이보다 짧은 제3 높이를 가진 제3 세로부재; 및
    상기 제3 세로부재의 상단에 일단이 연결되어 상기 제1 세로부재를 향해 상기 제1 길이보다 짧은 제3 길이만큼 폭방향으로 연장한 제3 가로부재
    를 포함하고,
    상기 제2 세로부재의 하단과 제3 가로부재의 타단 사이에 개방부가 형성되고,
    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 포함하고,
    상기 제1 횡방향 부재와 상기 제2 횡방향 부재의 두께는 상기 제1 종방향 부재와 상기 제2 종방향 부재의 두께보다 두껍게 형성된 배터리 케이스의 사이드 프레임.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 프레임부는,
    상기 제1 높이를 가진 벽부; 및
    상기 벽부로부터 폭방향 일측으로 상기 제3 길이만큼 또는 상기 제3 길이보다 길게 연장한 돌출부
    를 포함하고,
    상기 벽부와 상기 돌출부 사이에 상기 개방부가 형성된 배터리 케이스의 사이드 프레임.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 프레임부는 상기 제1 프레임부 내에서 적어도 상기 벽부에 배치되어, 상기 개방부를 폐쇄하는 배터리 케이스의 사이드 프레임.
  12. 삭제
  13. 제9항에 있어서,
    상기 제2 프레임부는,
    상기 제2 종방향 부재로부터 상기 제1 횡방향 부재에 연속되거나 평행하게 연장한 제3 횡방향 부재, 및
    상기 제1 횡방향 부재로부터 상기 제1 종방향 부재에 연속되거나 평행하게 연장한 제3 종방향 부재
    를 더 포함하는 배터리 케이스의 사이드 프레임.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 횡방향 부재와 상기 제2 횡방향 부재 및 상기 제3 횡방향 부재의 두께는 상기 제1 종방향 부재와 상기 제2 종방향 부재 및 상기 제3 종방향 부재의 두께보다 두껍게 형성된 배터리 케이스의 사이드 프레임.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제1 횡방향 부재와 상기 제2 횡방향 부재 및 상기 제3 횡방향 부재는 상기 제1 프레임부보다 두꺼운 두께를 갖는 배터리 케이스의 사이드 프레임.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 제1 횡방향 부재와 상기 제2 횡방향 부재는 상기 제2 길이와 동일한 길이를 갖고,
    상기 제3 횡방향 부재는 상기 제3 가로부재 상에 배치되며,
    상기 제1 종방향 부재 및 상기 제3 종방향 부재는 상기 제1 세로부재와 기계적 접합에 의해 결합하고,
    상기 제2 종방향 부재는 상기 제2 세로부재와 기계적 접합에 의해 결합하며,
    상기 제3 가로부재와 상기 제3 횡방향 부재 사이는 화학적 접합에 의해 결합하는 배터리 케이스의 사이드 프레임.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 제1 횡방향 부재와 상기 제2 횡방향 부재는 상기 제2 길이와 동일한 길이를 갖고,
    상기 제3 횡방향 부재는 상기 제3 가로부재와 상기 제1 가로부재 사이에 배치되고, 상기 제3 횡방향 부재의 단부가 상기 제3 세로부재에 닿으며,
    상기 제1 종방향 부재 및 상기 제3 종방향 부재는 상기 제1 세로부재와 기계적 접합에 의해 결합하고,
    상기 제2 종방향 부재는 상기 제2 세로부재와 기계적 접합에 의해 결합하는 배터리 케이스의 사이드 프레임.
  18. 삭제
  19. 폐쇄 단면을 갖도록 형성된 제1 프레임부; 및
    상기 제1 프레임부 내에 삽입되어 상기 제1 프레임부에 결합된 제2 프레임부
    를 포함하고,
    상기 제1 프레임부와 상기 제2 프레임부는 상이한 재질로 형성되고,
    상기 제1 프레임부는,
    제1 높이를 가진 제1 세로부재;
    상기 제1 세로부재의 하단에 일단이 연결되어 제1 길이만큼 폭방향으로 연장한 제1 가로부재;
    상기 제1 세로부재로부터 상기 제1 길이보다 짧은 제2 길이만큼 이격되고, 상기 제1 높이보다 짧은 제2 높이를 가진 제2 세로부재;
    상기 제1 세로부재의 상단과 상기 제2 세로부재의 상단을 연결하는 제2 가로부재;
    상기 제1 가로부재의 타단에 하단이 연결되고, 상기 제1 높이보다 짧은 제3 높이를 가진 제3 세로부재; 및
    상기 제2 세로부재의 하단과 상기 제3 세로부재의 상단을 연결하고, 상기 제1 길이보다 짧은 제3 길이를 가진 제3 가로부재
    를 포함하고,
    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 포함하고,
    상기 제1 횡방향 부재와 상기 제2 횡방향 부재의 두께는 상기 제1 종방향 부재와 상기 제2 종방향 부재의 두께보다 두껍게 형성된 배터리 케이스의 사이드 프레임.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제1 프레임부는,
    상기 제1 높이를 가진 벽부; 및
    상기 벽부로부터 폭방향 일측으로 상기 제3 길이만큼 연장한 돌출부
    를 포함하는 배터리 케이스의 사이드 프레임.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 제2 프레임부는 상기 제1 프레임부 내에서 적어도 상기 벽부에 배치되는 배터리 케이스의 사이드 프레임.
  22. 삭제
  23. 제19항에 있어서,
    상기 제2 프레임부는,
    상기 제2 종방향 부재로부터 상기 제1 횡방향 부재에 연속되거나 평행하게 연장한 제3 횡방향 부재, 및
    상기 제1 횡방향 부재로부터 상기 제1 종방향 부재에 연속되거나 평행하게 연장한 제3 종방향 부재
    를 더 포함하는 배터리 케이스의 사이드 프레임.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 제1 횡방향 부재와 상기 제2 횡방향 부재 및 상기 제3 횡방향 부재의 두께는 상기 제1 종방향 부재와 상기 제2 종방향 부재 및 상기 제3 종방향 부재의 두께보다 두껍게 형성된 배터리 케이스의 사이드 프레임.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 제1 횡방향 부재와 상기 제2 횡방향 부재 및 상기 제3 횡방향 부재는 상기 제1 프레임부보다 두꺼운 두께를 갖는 배터리 케이스의 사이드 프레임.
  26. 제23항에 있어서,
    상기 제1 횡방향 부재와 상기 제2 횡방향 부재는 상기 제2 길이와 동일한 길이를 갖고,
    상기 제3 횡방향 부재는 상기 제3 가로부재와 상기 제1 가로부재 사이에 배치되고, 상기 제3 횡방향 부재의 단부가 상기 제3 세로부재에 닿으며,
    상기 제1 종방향 부재 및 상기 제3 종방향 부재는 상기 제1 세로부재와 기계적 접합에 의해 결합하고,
    상기 제2 종방향 부재는 상기 제2 세로부재와 기계적 접합에 의해 결합하는 배터리 케이스의 사이드 프레임.
  27. 제2항 내지 제4항, 제7항 내지 제11항, 제 13항 내지 17항, 제19항 내지 제21항 및 제23항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 프레임부는 상기 제1 프레임부보다 비중이 낮은 재질로 만들어진 배터리 케이스의 사이드 프레임.
  28. 제2항 내지 제4항, 제7항 내지 제11항, 제 13항 내지 17항, 제19항 내지 제21항 및 제23항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 프레임부는 상기 제1 프레임부보다 높은 비강도를 가진 재질로 만들어진 배터리 케이스의 사이드 프레임.
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