KR20190078936A - 전기자동차용 배터리 케이스 - Google Patents

전기자동차용 배터리 케이스 Download PDF

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KR20190078936A
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김병선
이원용
김우형
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주식회사 동희산업
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Abstract

알루미늄 또는 알루미늄합금으로 성형되며, 일정 높이를 갖는 테두리부와 하면부로 구성되어 고전압배터리가 안착되는 공간이 형성된 베이스; 베이스의 하면부를 덮는 형상이며 베이스의 양측 단부로 연장되고, 스틸 또는 스틸합금으로 성형되며 베이스의 하면부와 기계적 접합으로 체결되고, 연장된 양측 단부는 베이스의 테두리부와 기계적 접합으로 체결된 보강패널; 및 보강패널이 연장되는 방향과 교차하는 방향으로 연장되며 보강패널의 상면에 결합되고, 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 성형되며, 보강패널과 기계적 접합으로 체결된 지지부재;를 포함하는 전기자동차용 배터리 케이스가 소개된다.

Description

전기자동차용 배터리 케이스 {CASE FOR ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 전기자동차용 배터리 케이스에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 알루미늄(또는 알루미늄합금)과 스틸(또는 스틸합금)을 함께 사용하여 강성과 경량화를 동시에 구현하면서도 원가를 절감할 수 있는 전기자동차용 배터리 케이스에 관한 것이다.
통상적으로 전기자동차에는 구동력을 발생시키는 고전압배터리가 구비되고, 고전압배터리는 배터리 케이스에 설치된 후 차체와 결합하게 된다. 배터리 케이스에는 고전압배터리뿐만 아니라, 배터리 매니지먼트 시스템을 포함하는 전장부품도 함께 내장된다. 배터리 케이스 내부에는 고전압이 흐르게 되는데, 이러한 경우 수분이 유입되면 쇼트에 의한 리크(Leak)가 발생되어 고전압배터리와 차량의 전장부품에 심각한 문제가 발생되게 된다.
따라서, 리크가 발생되지 않으면서도, 강성 및 경량화를 만족하며, 원가를 절감하고 효율적인 생산성을 갖도록 하는 배터리 케이스가 필요한 것이다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR10-2013-0119764 (A)
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 리크가 발생되지 않으면서도, 강성 및 경량화를 만족하며, 원가를 절감하고 효율적인 생산성을 갖도록 하는 전기자동차용 배터리 케이스를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 케이스는 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 성형되며, 일정 높이를 갖는 테두리부와 하면부로 구성되어 고전압배터리가 안착되는 공간이 형성된 베이스; 베이스의 하면부를 덮는 형상이며 베이스의 양측 단부로 연장되고, 스틸 또는 스틸합금으로 성형되며 베이스의 하면부와 기계적 접합으로 체결되고, 연장된 양측 단부는 베이스의 테두리부와 기계적 접합으로 체결된 보강패널; 및 보강패널이 연장되는 방향과 교차하는 방향으로 연장되며 보강패널의 상면에 결합되고, 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 성형되며, 보강패널과 기계적 접합으로 체결된 지지부재;를 포함한다.
베이스의 테두리부는 베이스 양측면에 위치되는 측면부를 포함하여 구성되고, 측면부에는 측면부의 외측에 구비되어 차체와 체결되는 마운팅부가 구비될 수 있다.
마운팅부는 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 성형되며, 베이스의 양측에 위치되고, 차량의 전후방향을 길이방향으로 형성되며, 일정 높이와 일정 폭을 갖고 내측에 중공이 형성된 사각기둥이되, 중공에는 복수의 리브가 형성될 수 있다.
베이스의 테두리부는 베이스 양측면에 위치되는 측면부를 포함하여 구성되고, 측면부는 일정 높이와 일정 폭을 갖고 내측에 중공이 형성된 사각기둥이되, 중공에는 복수의 리브가 형성되고, 최하면은 하면부측으로 연장되어 하면부와 용접될 수 있다.
측면부에는 하면부측으로 연장된 복수의 리브가 구비되고, 복수의 리브는 상하방향으로 적층되되, 리브 중 하나와 보강패널의 측단부가 기계적 접합으로 체결될 수 있다.
연장된 복수의 리브에 중 최상면에는 일부가 제거되어 하방의 리브가 노출되는 체결홀이 형성되고, 체결홀을 통해 보강패널이 측면부와 기계적 접합으로 체결될 수 있다.
베이스의 양측면에 위치되는 측면부에는 하면부측으로 연장되어 적층된 복수의 리브가 형성되고, 리브와 측면부가 단차를 형성하며, 단차에 고전압배터리가 안착될 수 있다.
보강패널은 차량의 전후방향으로 복수회 절곡되어 측단면이 요철형상이되, 보강패널의 절곡된 최하면이 베이스의 하면부와 기계적 접합으로 체결될 수 있다.
보강패널에는 차량의 길이방향으로 형성되고, 하면부측으로 만입된 간섭방지홈이 형성될 수 있다.
지지부재는 일정 높이로 보강패널을 커버하는 형상이되, 양측 단부는 양측으로 각각 연장되어 연장부를 형성하며, 연장부에 의해 지지부재가 보강패널과 기계적 접합으로 체결될 수 있다.
기계적 접합은 두 부재 사이를 펀칭하되 최하면까지 관통되지 않은 상태에서 체결부재를 체결한 후 절곡시켜 리크가 발생되지 않도록 하는 리브셋 접합일 수 있다.
기계적 접합은 두 부재 사이를 펀칭하고, 체결부재를 관통체결하는 리브텍 접합일 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 전기자동차용 배터리 케이스에 따르면, 스틸이 알루미늄에 대비하여 중량당 단가가 저렴하기 때문에 중량은 동일하게 유지하여 강성은 유지하면서도 원가를 절감할 수 있다. 특히, 스틸 또는 스틸합금은 하나의 금형으로 복수의 생산품을 만들 수 있어 생산성 및 생산효율이 증대되는 장점이 있다.
또한, 배터리 케이스를 형성하기 위한 체결 시 리크 발생의 우려가 있는 지점에는 리브셋 접합 방식을 이용하여 리크 발생을 방지하고, 리크와 무관한 지점에는 리브텍 접합 방식을 이용함으로써, 로봇에 의한 조립 가능하여 공정자동화 및 공정축소로 인한 생산성 증대되는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 배터리 케이스를 도시한 도면.
도 2는 도 1의 A-A선 단면도.
도 3은 도 1의 B-B선 단면도.
도 4는 도 1의 C-C선 단면도.
도 5는 도 3의 D부분을 상세히 도시한 도면.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기자동차용 배터리 케이스에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 배터리 케이스를 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 A-A선 단면도이며, 도 3은 도 1의 B-B선 단면도이고, 도 4는 도 1의 C-C선 단면도이며, 도 5는 도 3의 D부분을 상세히 도시한 도면이다.
도 1에 도시한 것처럼, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전기자동차용 배터리 케이스는 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 성형되며, 일정 높이를 갖는 테두리부(130)와 하면부(110)로 구성되어 고전압배터리가 안착되는 공간(150)이 형성된 베이스(100); 베이스(100)의 하면부(110)를 덮는 형상이며 베이스(100)의 양측 단부로 연장되고, 스틸 또는 스틸합금으로 성형되며 베이스(100)의 하면부(110)와 기계적 접합으로 체결되고, 연장된 양측 단부는 베이스(100)의 테두리부(130)와 기계적 접합으로 체결된 보강패널(300); 및 보강패널(300)이 연장되는 방향과 교차하는 방향으로 연장되며 보강패널(300)의 상면에 결합되고, 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 성형되며, 보강패널(300)과 기계적 접합으로 체결된 지지부재(500);를 포함한다.
베이스(100)는 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 압출성형된다. 베이스(100)는 일정 높이를 갖는 테두리부(130)와 플레이트 형상의 하면부(110)로 구성되어 내부에는 고전압배터리(미도시)가 안착되는 공간(150)이 형성된다. 공간(150)에는 고전압배터리 및 전장부품(미도시)이 장착된다. 베이스(100)는 상방에서 커버(미도시)에 의해 커버링되는데, 본 명세서에서는 베이스(100)를 보다 잘 도시하고 설명하기 위해서 고전압배터리 및 커버는 별도로 도시하지 않고 생략하도록 한다.
또한, 베이스(100)의 전방측 보강패널(300)과 테두리부(130) 사이에는 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 압출성형되는 보강부재(160)가 구비된다. 보강부재(160)는 차량의 길이방향으로 형성되어 하면부(110)에 고정됨으로써, 차량의 강성을 증대하고, 충돌에 대비한다. 베이스(100)의 전방측 공간에는 전장품이 장착된다. 베이스(100)의 후방측 보강패널(300)과 테두리부(130) 사이에는 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 압출성형되는 안착부재(180)가 구비된다. 안착부재(180)는 차량의 길이방향으로 형성되어 하면부(110)에 고정되고, 안착부재(180)의 상방에 고전압배터리가 안착된다.
테두리부(130)는 베이스(100) 양측면에 위치되는 측면부(170)를 포함하여 구성된다. 또한, 측면부(170)에는 측면부(170)의 외측에 구비되어 베이스(100)가 차체와 체결되도록 하는 마운팅부(190)가 더 포함된다. 마운팅부(190)는 베이스(100)의 전방 및 후방에도 추가로 형성될 수 있을 것이다.
마운팅부(190)는 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 압출성형된다. 도 2에 도시한 것처럼, 마운팅부(190)는 베이스(100)의 양측에 위치되고, 차량의 전후방향을 길이방향으로 형성되며, 일정 높이와 일정 폭을 갖고 내측에 중공(191)이 형성된 사각기둥일 수 있다. 특히, 중공(191)에는 복수의 리브(193)가 형성되어 강성을 증대시킨다. 또한, 측면부(170) 역시 베이스(100)의 양측면에 위치되고, 일정 높이와 일정 폭을 갖고 내측에 중공(171)이 형성된 사각기둥이되, 중공(171)에는 복수의 리브(173)가 형성되어 강성을 증대시킨다. 이때, 측면부(170)와 하면부(110)는 용접(WD)으로 접합되는데, 보다 상세하게는 측면부(170)의 최하면은 하면부(110)측으로 연장되어 하면부(110)와 용접(WD)된다.
본 발명에서 사용되는 접합 방식을 설명하도록 한다. 본 발명에서는 알루미늄(또는 알루미늄합금)과 알루미늄(또는 알루미늄합금)과 같은 동종 사이에는 용접(WD)을 통해 체결하고, 스틸(또는 스틸합금)과 알루미늄(또는 알루미늄합금)과 같은 이종 사이에는 체결부재(700,900)를 통한 기계적 접합을 통해 체결한다. 본 발명에서는 용접(WD)과 두 종류의 기계적 접합 방식을 사용한다.
고전압배터리는 고전압이 흐르는 전기부품으로서, 쇼트(단락)에 가장 취약하다. 쇼트는 특히, 수분의 유입에 의해 발생될 우려가 크기 때문에, 배터리케이스 내부로 수분이 유입되지 않도록 배터리 케이스를 밀봉하는 것이 중요하다. 따라서, 수분이 유입되어 리크(Leak) 발생의 우려가 있는 지점과 리크 발생의 우려가 없는 지점을 나누고, 각각의 지점에 따라 다른 기계적 접합 방식을 사용하는 것이다.
먼저, 베이스(100)의 하면부(110)와 타 구성품이 체결되어 하면부(110)의 체결부로부터 수분 등이 유입되어 리크가 발생될 우려가 있는 지점에는 리브셋(Riv-set; S) 접합 방식을 적용한다. 리브셋(S) 접합 방식이란, 이종 또는 다종 재질의 판재를 별도의 사전 홀 가공 없이 펀치로 리벳을 압입하여 결합하는 기술이다. 본 발명에서는 두 부재를 펀치를 이용하여 펀칭하되, 최하면까지 관통되지 않도록 펀칭한 상태에서 체결부재(700)를 체결한 후 체결부재(700)의 단부를 절곡시켜 고정되도록 체결함으로써, 최하면인 베이스(100)의 하면부(110)에 홀이 형성되지 않아 외부로부터 수분 유입이 차단되어 리크 발생이 방지되는 것이다. 이러한 리브셋(S) 접합 방식의 상세한 내용에 대하여는 도 5에 도시하였다.
다음으로는 베이스(100)의 하면부(110)와 상관없이 베이스(100)의 공간(150) 내부에서 서로 체결되어 리크 발생과 무관한 지점에는 리브텍(Riv-tec;T) 접합 방식을 적용한다. 리브텍(T) 접합 방식이란, 두 부재 사이를 펀칭하여 홀을 형성하고, 체결부재(900)로 체결하되 너트를 사용하지 않는 방식이다. 따라서, 이러한 리브셋(S) 또는 리브텍(T) 접합 방식은 로봇에 의해 공정을 수행할 수 있기 때문에 생산 공정이 줄어들고 생산효율이 증대되는 장점이 있다.
다시, 도 2를 보면, 측면부(170)에는 하면부(110)측으로 연장된 복수의 리브(173)가 구비되되, 복수의 리브(173)는 상하방향으로 적층된다. 특히, 리브(173) 중 하나와 보강패널(300)이 양측으로 연장된 측단부(310)가 기계적 접합으로 체결된다. 여기서, 보강패널(300)과 측면부(170)는 리크의 우려가 없기 때문에 사용되는 기계적 접합 방식은 리브텍(T) 접합 방식이다. 그리고 연장된 복수의 리브(173)에 중 최상면에는 일부가 제거되어 하방의 아래층 리브(173)가 노출되도록 하는 체결홀(175)이 형성된다. 체결홀(175)을 통해 보강패널(300)의 측단부(310)와 측면부(170)의 리브(173)가 리브텍(T) 접합 방식으로 체결된다. 또한, 측면부(170)의 하면부(110)측으로 연장되어 적층된 복수의 리브(173)는 측면부(170)의 총 높이보다 낮게 적층되어 측면부(170)와 단차(177)를 형성한다. 이렇게 형성된 단차(177) 중 상대적으로 낮은 높이를 형성하는 단차(177)의 부분에 고전압배터리가 안착되어 지지되는 것이다.
보강패널(300)은 스틸 또는 스틸합금으로 프레스(Press) 등과 같은 방식으로 성형된다. 보강패널(300)은 베이스(100)의 하면부(110)의 일부를 덮는 형상이며, 베이스(100)의 양측 단부로 연장되어 베이스(100)의 테두리부(130), 보다 상세하게는 테두리부(130) 중 측면부(170)와 리브텍(T) 접합 방식으로 체결되어 고정된다. 도 3에 도시한 것처럼, 보강패널(300)은 차량의 전후방향으로 복수회 절곡되어 측단면이 요철형상으로 형성되어, 강성을 증대시킴으로써, 상방에서 고전압배터리의 체결 시 고전압배터리의 하중을 충분히 지지할 수 있게 된다. 보강패널(300)의 절곡된 최하면이 베이스(100)의 하면부(110)와 기계적 접합되는데, 이 부분은 리크의 발생 우려가 있기 때문에 특히 리브셋(S) 접합 방식으로 체결된다. 또한, 보강패널(300)에는 차량의 길이방향으로 형성되고, 하면부(110)측으로 만입된 간섭방지홈(330)이 형성된다. 보강패널(300)은 하나의 금형으로 여러개의 동일한 제품을 생산할 수 있으므로, 필요한 보강패널(300)의 개수에 따라 보강패널(300)을 성형하여 성형된 보강패널(300)을 베이스(100)에 체결하기만 하면 된다. 따라서, 생산공정이 축소되고, 표준화하여 사용할 수 있어 차종에 따라 보강패널(300)의 개수를 가감하여 적용 가능하므로 생산비용이 줄어드는 효과가 있다.
지지부재(500)는 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 성형된다. 지지부재(500)는 보강패널(300)이 연장되는 방향과 교차하는 방향으로 연장되며 보강패널(300)의 상면에 보강패널(300)과 기계적 접합 특히 리브텍(T) 접합 방식으로 체결된다. 지지부재(500)는 일정 높이로 보강패널(300)을 커버하는 "n"자 형상일 수 있다. 지지부재(500)의 양측 하단부는 양측으로 각각 연장되어 연장부(510)를 형성하며, 연장부(510)에 의해 지지부재(500)가 보강패널(300)과 기계적 접합으로 체결되는 것이 바람직할 것이다. 보강패널(300)의 전단부 및 후단부가 상측으로 절곡되어 일정 높이를 갖도록 형성되고, 지지부재(500)는 보강패널(300)의 전단부 및 후단부의 절곡된 부분 사이에 위치됨으로써, 보강패널(300)의 전단부 및 후단부에 지지되도록 체결되어 강성이 증대될 수 있다.
따라서, 상기한 바와 같은 본 발명의 전기자동차용 배터리 케이스에 의하면, 스틸이 알루미늄에 대비하여 중량당 단가가 저렴하기 때문에 중량은 동일하게 유지하여 강성은 유지하면서도 원가를 절감할 수 있다. 특히, 스틸 또는 스틸합금은 하나의 금형으로 복수의 생산품을 만들 수 있어 생산성 및 생산효율이 증대되는 장점이 있다.
또한, 배터리 케이스를 형성하기 위한 체결 시 리크 발생의 우려가 있는 지점에는 리브셋(S) 접합 방식을 이용하여 리크 발생을 방지하고, 리크와 무관한 지점에는 리브텍(T) 접합 방식을 이용함으로써, 로봇에 의한 조립 가능하여 공정자동화 및 공정축소로 인한 생산성 증대되는 장점이 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100 : 베이스 110 : 하면부
130 : 테두리부 150 : 공간
160 : 보강부재 170 : 측면부
171 : 중공 173 : 리브
175 : 체결홀 177 : 단차
180 : 안착부재 190 : 마운팅부
191 : 중공 193 : 리브
300 : 보강패널 310 : 측단부
330 : 간섭방지홈 500 : 지지부재
510 : 연장부 700 : 체결부재
900 : 체결부재

Claims (12)

  1. 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 성형되며, 일정 높이를 갖는 테두리부와 하면부로 구성되어 고전압배터리가 안착되는 공간이 형성된 베이스;
    베이스의 하면부를 덮는 형상이며 베이스의 양측 단부로 연장되고, 스틸 또는 스틸합금으로 성형되며 베이스의 하면부와 기계적 접합으로 체결되고, 연장된 양측 단부는 베이스의 테두리부와 기계적 접합으로 체결된 보강패널; 및
    보강패널이 연장되는 방향과 교차하는 방향으로 연장되며 보강패널의 상면에 결합되고, 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 성형되며, 보강패널과 기계적 접합으로 체결된 지지부재;를 포함하는 전기자동차용 배터리 케이스.
  2. 청구항 1에 있어서,
    베이스의 테두리부는 베이스 양측면에 위치되는 측면부를 포함하여 구성되고, 측면부에는 측면부의 외측에 구비되어 차체와 체결되는 마운팅부가 구비되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리 케이스.
  3. 청구항 2에 있어서,
    마운팅부는 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 성형되며, 베이스의 양측에 위치되고, 차량의 전후방향을 길이방향으로 형성되며, 일정 높이와 일정 폭을 갖고 내측에 중공이 형성된 사각기둥이되, 중공에는 복수의 리브가 형성되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리 케이스.
  4. 청구항 1에 있어서,
    베이스의 테두리부는 베이스 양측면에 위치되는 측면부를 포함하여 구성되고, 측면부는 일정 높이와 일정 폭을 갖고 내측에 중공이 형성된 사각기둥이되, 중공에는 복수의 리브가 형성되고, 최하면은 하면부측으로 연장되어 하면부와 용접되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리 케이스.
  5. 청구항 4에 있어서,
    측면부에는 하면부측으로 연장된 복수의 리브가 구비되고, 복수의 리브는 상하방향으로 적층되되, 리브 중 하나와 보강패널의 측단부가 기계적 접합으로 체결되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리 케이스.
  6. 청구항 5에 있어서,
    연장된 복수의 리브에 중 최상면에는 일부가 제거되어 하방의 리브가 노출되는 체결홀이 형성되고, 체결홀을 통해 보강패널이 측면부와 기계적 접합으로 체결되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리 케이스.
  7. 청구항 4에 있어서,
    베이스의 양측면에 위치되는 측면부에는 하면부측으로 연장되어 적층된 복수의 리브가 형성되고, 리브와 측면부가 단차를 형성하며, 단차에 고전압배터리가 안착되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리 케이스.
  8. 청구항 1에 있어서,
    보강패널은 차량의 전후방향으로 복수회 절곡되어 측단면이 요철형상이되, 보강패널의 절곡된 최하면이 베이스의 하면부와 기계적 접합으로 체결되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리 케이스.
  9. 청구항 1에 있어서,
    보강패널에는 차량의 길이방향으로 형성되고, 하면부측으로 만입된 간섭방지홈이 형성된 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리 케이스.
  10. 청구항 1에 있어서,
    지지부재는 일정 높이로 보강패널을 커버하는 형상이되, 양측 단부는 양측으로 각각 연장되어 연장부를 형성하며, 연장부에 의해 지지부재가 보강패널과 기계적 접합으로 체결되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리 케이스.
  11. 청구항 1에 있어서,
    기계적 접합은 두 부재 사이를 펀칭하되 최하면까지 관통되지 않은 상태에서 체결부재를 체결한 후 절곡시켜 리크가 발생되지 않도록 하는 리브셋 접합인 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리 케이스.
  12. 청구항 1에 있어서,
    기계적 접합은 두 부재 사이를 펀칭하고, 체결부재를 관통체결하는 리브텍 접합인 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리 케이스.
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