KR20240098633A - 배터리 케이스의 사이드 프레임 - Google Patents

Abstract

본 발명은 외부 충격으로부터 배터리 셀을 충분히 보호하면서 경량화와 비용 절감을 동시에 달성할 수 있는 이종(異種) 재질로 된 배터리 케이스의 사이드 프레임을 제공하는 것으로, 일실시예에서 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 프레임부는 적어도 일부가 절개된 형상의 스캘럽(Scallop) 구조를 가지되, 상기 제2 프레임부와 연결되는 결합부를 포함하며, 상기 제1 프레임부와 상기 제2 프레임부는 상이한 재질로 형성된 배터리 케이스의 사이드 프레임을 제공한다.

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 있는 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 이종(異種) 재질로 된 배터리 케이스의 사이드 프레임을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

본 발명은 위와 같은 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 배터리 케이스의 사이드 프레임을 제공한다.

본 발명은 일실시예에서 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 프레임부는 적어도 일부가 절개된 형상의 스캘럽(Scallop) 구조를 가지며, 상기 제2 프레임부와 연결되는 결합부를 포함하며, 상기 제1 프레임부와 상기 제2 프레임부는 상이한 재질로 형성된 배터리 케이스의 사이드 프레임을 제공한다.

일실시예에서, 상기 결합부는 상기 제1 프레임부 및 제2 프레임부를 높이방향으로 연결하는 수직 결합부와 상기 제1 프레임부 및 제2 프레임부를 폭방향으로 연결하는 수평 결합부를 포함하되, 상기 수직 결합부는 상기 제2 프레임부와 맞닿아 연결되되, 적어도 일부가 상기 스캘럽 구조를 가질 수 있다.

일실시예에서, 상기 수직 결합부는 고정구가 구비되는 제1 결합부, 폭방향에서 상기 제1 결합부의 일단을 기준으로 내측에 절개된 형상을 갖는 제2 결합부를 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 제2 프레임부는 길이방향에서 중앙부에 차체와의 결합 가이드를 위한 가이드홀을 포함하며, 상기 수직 결합부는 상기 가이드홀 측에 인접하게 구비되며, 상기 제1 결합부의 일단을 연결하도록 연장된 제3 결합부를 더 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 제1 결합부는 적어도 일부가 상기 고정구의 형상에 대응되는 형상을 가질 수 있다.

일실시예에서, 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 가로부재를 포함하고, 상기 제3 가로부재의 타단과 상기 제4 가로부재의 타단 사이에 개방부가 형성될 수 있다.

일실시예에서, 상기 수직 결합부는 상기 제3 가로부재 및 제4 가로부재 각각에 구비될 수 있다.

일실시예에서, 상기 제2 결합부는 상기 제1 세로부재의 적어도 일부에 구비될 수 있다.

일실시예에서, 상기 제1 프레임부는 단일 판재를 절곡시켜 성형되고, 상기 제2 프레임부는 압출에 의해 형성될 수 있다.

일실시예에서, 상기 결합부는 고정구를 통한 기계적 접합 또는 접착제를 통한 화학적 접합 중 적어도 어느 하나를 사용할 수 있다.

일실시예에서, 상기 제1 프레임부는 비중이 4 이상인 중금속 재질로 만들어 지며, 상기 제2 프레임부는 상기 제1 프레임부보다 비중이 낮은 재질로 만들어질 수 있다.

본 발명의 일실시예에 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 발명의 일실시예에 의하면, 결합부에 스캘럽 구조가 형성되어 강재의 중량을 감소시킬 수 있으며, 이와 동시에 강성을 유지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사이드 프레임이 적용된 배터리 케이스를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 사이드 프레임을 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 결합부를 설명하기 위해 도 2의 A 영역을 확대한 부분 사시도이다.
도 4는 도 3의 B 영역을 확대한 부분 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 결합부를 설명하기 위한 사시도이다.
도 6은 도 5의 B 영역을 확대한 부분 사시도이다.
도 7은 수직 결합부의 형상을 각각 달리한 제1 프레임부의 일부를 보여주는 사시도이다.
도 8은 도 7에 도시된 제1 프레임부 각각에 따른 충돌 시뮬레이션 결과를 보여주는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 사이드 프레임을 도시한 사시도이다.
도 10은 도 9의 Ⅰ-Ⅰ'선에 따른 사이드 프레임의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 사이드 프레임의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 사이드 프레임의 단면도이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 사이드 프레임의 결합 과정을 나타낸 개념도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참고로 하여, 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 설명하도록 한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경 또는 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상의 범위 내에 포함된다고 할 것이다. 또한, 본 명세서에서, '상', '상부', '상면', '하', '하부', '하면', '측면' 등의 용어는 도면을 기준으로 한 것이며, 실제로는 소자나 구성요소가 배치되는 방향에 따라 달라질 수 있다.

아울러, 명세서 전체에서, 어떤 구성이 다른 구성과 '연결'되어 있다 함은 이들 구성들이 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 다른 구성을 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함하는 것을 의미한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 사이드 프레임이 적용된 배터리 케이스를 도시한 사시도이다.

배터리 케이스는 제1 케이스(1)와 제2 케이스(2)를 포함할 수 있다.

상기 제1 케이스(1)는 베이스판(20)과 상기 베이스판(20)을 둘러싼 사이드 프레임(10)을 포함할 수 있다. 상기 제1 케이스(1)의 베이스판(20)은 배터리 셀을 지지하는 바닥재로 작용할 수 있고, 상기 사이드 프레임(10)은 상기 제1 케이스(1)의 측벽을 구성할 수 있다.

상기 베이스판(20)과 상기 사이드 프레임(10)은 서로 용접 등에 의해 결합되어 일체로 될 수 있다. 이에 따라 상기 제1 케이스(1)는 상기 베이스판(20)의 주위로 폐쇄 단면을 형성하는 사이드 프레임 내에 공간부를 가질 수 있다.

예를 들어, 적어도 하나의 사이드 프레임(10)이 베이스판(20)을 둘러싸도록 마련되며, 사이드 프레임(10)의 양단부는 선택적으로 또는 필요에 따라, 대응되는 다른 사이드 프레임(10)의 해당 단부에 접한 다음에 용접 등에 의해 결합될 수 있다.

상기 제2 케이스(2)는 단순한 평판으로 되거나 중공부를 가진 본체(3)와 상기 본체(3)의 단부에 형성된 플랜지(4)를 포함할 수 있다. 본체(3)가 중공부를 가진 경우에 제2 케이스(2)는 적당한 강도를 가진 재질을 프레스를 이용하여 소정의 형상으로 성형함으로써 제조될 수 있다.

이때, 상기 제2 케이스(2)의 본체(3)가 상기 제1 케이스(1)의 공간부를 덮어씌우도록 하여 상기 제1 케이스(1)와 상기 제2 케이스(2)가 서로 결합함으로써, 그 내부에 배터리 셀을 수용하기 위한 수용 공간을 형성할 수 있다.

상기 제1 케이스(1) 및 제2 케이스(2)의 결합은, 예를 들어 상기 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 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 세로 부재의 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 발명의 일실시예에 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.

한편, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 케이스의 사이드 프레임에서는 가로부재와 세로부재를 이종 소재를 사용하되, 강재를 사용하는 세로부재의 경우 전체 사이드 프레임의 중량 증가를 가져올 수 있다. 따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 케이스의 사이드 프레임에서는 결합부를 스캘럽(Scallop) 구조로 형성함에 따라 강재의 강성을 유지함과 동시에 강재의 중량을 최소화하고자 한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 사이드 프레임을 도시한 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 결합부를 설명하기 위해 도 2의 A 영역을 확대한 부분 사시도이며, 도 4는 도 3의 B 영역을 확대한 부분 사시도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 사이드 프레임(10)은 제1 프레임부(30)와 제2 프레임부(40), 그리고 상기 제2 프레임부 내부에 구비된 보강부(50)를 포함하며, 상기 제1 프레임부(30)와 상기 제2 프레임부(40)는 상이한 재질로 형성된다. 예를 들어, 상기 제1 프레임부(30)는 금속과 같은 단일 판재를 기계 가공함에 따라 일체로 형성될 수 있고, 상기 제2 프레임부(40)는 제2 프레임부(40)는 압출로 성형 가능한 재질, 예컨대 알루미늄 등과 같은 경금속이나 그 합금, 플라스틱, 복합재료 등으로 만들어질 수 있다.

상기 제1 프레임부(30)는 소정의 폭과 길이를 가진 단일 판재를 예컨대 누운 T자 형상의 단면을 갖도록 여러 번 절곡시켜 형성될 수 있다. 이로써, 상기 제1 프레임부(30)는 내부에 개방 단면의 중공부를 가질 수 있다.

상기 제2 프레임부(40)는 소정의 길이를 갖도록 길게 형성되고, 일정 높이와 일정 폭을 가진 대략 사각형 단면의 관부재로 형성될 수 있다. 이로써, 상기 제2 프레임부(40)는 내부에 폐쇄 단면의 중공부를 가질 수 있다. 여기서, 상기 제2 프레임부(40)는 상기 제1 프레임부(30) 내에서 상기 제1 프레임부의 개방 단면을 폐쇄하도록 배치되어 사이드 프레임(10) 전체를 폐쇄 단면으로 형성할 수 있다.

한편, 상기 제2 프레임부(40)는 체결부재에 의해 차체와 연결되도록 복수개의 부쉬 파이프(Bush Pipe)들이 길이방향으로 이격되어 구비될 수 있으며, 중앙부에 차체와의 결합 가이드를 위한 가이드홀(40h)이 형성될 수 있다. 즉, 본 발명의 일실시예에 따른 사이드 프레임은 차체와의 결합 시, 상기 가이드홀(40h)에 가이드 로드(미도시)가 삽입되어 높이방향으로 정렬될 수 있다.

본 발명의 일실시에에 따른 사이드 프레임은 제1 프레임부(30)가 결합부(300)를 포함한다. 상기 결합부(300)는 상기 제2 프레임부(30)와 연결되는 부분을 의미하며, 스캘럽(Scallop) 구조를 가진다. 여기서, 상기 스캘럽 구조는 금속과 같은 강재로 형성된 제1 프레임부(30)의 중량 감소를 위하여 상기 제1 프레임부(30)의 적어도 일부가 절개된 공간인 스캘럽(S)이 형성된 것을 의미한다.

한편, 제1 프레임부(30)와 제2 프레임부(40)는 이종 재질로 형성되기 때문에, 상기 결합부(300)는 리벳(예컨대 블라인드 리벳), 나사(예컨대 플로우 드릴 스크류(Flow Drill Screw)) 등과 같은 고정구(16)에 의한 기계적 접합 또는 구조용 접착제 등과 같은 접착제(15, 도 13 참조)를 통한 화학적 접합에 의해 상기 제2 프레임부(40)와 결합할 수 있다.

물론, 접합 방법은 반드시 전술한 예에 한정되지 않으며, 리벳이나 나사 등과 같은 고정구(16)와 구조용 접착제 등과 같은 접착제(15, 도 13 참조)가 함께 조합되어 제1 프레임부(30)와 제2 프레임부(40)의 결합에 이용될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 결합부(300)는 상기 제1 프레임부(30) 및 제2 프레임부(40)를 높이방향으로 연결하는 수직 결합부(310)와 상기 제1 프레임부(30) 및 제2 프레임부(40)를 폭방향으로 연결하는 수평 결합부(320)를 포함한다. 여기서, 상기 수직 결합부(310)는 상기 제2 프레임부(40)와 맞닿아 연결되는 면의 적어도 일부가 상기 스캘럽 구조를 가질 수 있다.

여기서, 상기 수직 결합부(310)는 후술할 제2 프레임부(40)의 제1 횡방향 부재(41, 도 10 참조) 및 제2 횡방향 부재(43, 도 10 참조)가 연결되는 제1 프레임부(30)의 제3 가로부재(36, 도 10 참조) 및/또는 제4 가로부재(37, 도 10 참조)의 적어도 일부에 구비될 수 있으며, 상기 수평 결합부(320)는 후술할 제2 프레임부(40)의 제1 종방향 부재(42, 도 10 참조)가 연결되는 제1 프레임부(30)의 제1 세로부재(31, 도 10 참조)의 적어도 일부에 구비될 수 있다.

즉, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 케이스의 사이드 프레임은 상기 수직 결합부(310)가 상기 제3 가로부재(36, 도 10 참조) 및 제4 가로부재(37, 도 10 참조)에 각각 구비될 수 있다. 이에 의하여, 높이방향의 결합이 수행되는 제3 가로부재(36, 도 10 참조) 및 제4 가로부재(37, 도 10 참조) 모두에서 스캘럽 구조를 가지므로 중량 감소의 효과를 극대화할 수 있다. 한편, 후술할 도 7 내지 도 8에서는 상기 제3 가로부재(36, 도 10 참조) 및 제4 가로부재(37, 도 10 참조)에서 모두 스캘럽 구조를 가지더라도, 강성을 유지할 수 있음을 설명한다.

나아가, 본 발명의 일실시예에 따른 수직 결합부(310)는 제1 결합부(311)와 제2 결합부(312)를 포함할 수 있으며, 상기 제1 결합부(311)는 고정구(16)가 구비되며, 상기 제2 결합부(312)는 폭방향에서 상기 제1 결합부(311)의 일단(311a)을 기준으로 내측에 절개된 형상을 가질 수 있다. 한편, 중량 감소를 위한 최적화된 형상을 적용하고자, 상기 제1 결합부(311)는 적어도 일부가 상기 고정구(16)의 형상에 대응되게 곡률을 가지는 반원의 형상을 가질 수 있으며, 상기 제2 결합부(312)는 길이방향과 나란한 방향으로 연장된 형상을 가질 수 있다.

여기서, 기계적 결합을 위한 고정구(16)는 제1 프레임부(30)와 제2 프레임부(40)가 맞닿은 면에서 길이방향으로 복수개가 이격되어 구비될 수 있는데, 이에 의하여 상기 제1 결합부(311)는 복수개의 고정구(16)들에 대응하여 복수개가 길이방향으로 이격되어 구비될 수 있다. 또한, 상기 제2 결합부(311)는 인접하게 배치된 상기 제1 결합부(311)들을 연결할 수 있으며, 복수개의 제2 결합부(311)가 길이방향에서 복수개의 상기 제1 결합부(311)들 사이에 각각 구비될 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 수직 결합부(310)는 상기 제1 결합부(311)의 일단(311a)을 길이방향으로 연장한 기준선을 기준으로 상기 제2 결합부(312)와의 사이에 절개된 형상인 스캘럽(S)이 형성되며, 상기 기준선과 상기 제2 결합부(312)와의 폭방향 간격(d)에 따라 상기 스캘럽(S)의 너비가 달라질 수 있다. 예컨대, 상기 폭방향 간격(d)이 클수록 상기 스캘럽(S)의 너비가 넓어지며, 더 큰 중량 감소의 효과를 가져올 수 있다.

이때, 상기 폭방향 간격(d), 즉 스캘럽(S)의 너비는 차체의 설계에 따라 달라질 수 있으며, 후술할 도 7 내지 도 8과 같이 중량이 감소됨에도 불구하고 강성이 스캘럽 구조를 갖기 전과 비교하여 비슷하게 유지될 수 있다면 이에 제한되지 않는다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 결합부를 설명하기 위한 사시도이며, 도 6은 도 5의 C 영역을 확대한 부분 사시도이다.

이하에서는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 결합부에 대하여 설명하며, 앞서 설명한 부분과 중복되는 부분은 제외하고, 차별점이 있는 부분을 중점적으로 설명한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 수직 결합부(310)는 제3 결합부(313)를 더 포함할 수 있다. 상기 제3 결합부(313)는 상기 제2 프레임부(40)에 형성된 가이드홀(40h) 측에 인접하게 구비되며, 상기 제1 결합부(311)의 일단(311a)을 연결하도록 연장될 수 있다. 즉, 상기 제3 결합부(313)는 스캘럽 구조를 갖지 않으며 폭방향에서 상기 제1 결합부(311)의 일단(311a)까지 연장된 것을 의미할 수 있다.

보다 구체적으로, 제2 프레임부(40)에 형성된 가이드홀(40h)은 외부에서의 충격 시 보다 강한 강성이 요구될 수 있으므로, 상기 가이드홀(40h) 측에 인접한 부분의 결합부(300)는 제3 결합부(313)가 구비될 수 있다. 이때, 상기 인접한 부분은 길이방향에서 상기 가이드홀(40h)을 기준으로 양측으로 소정 간격만큼 연장된 부분을 의미할 수 있으며, 예를 들어, 상기 인접한 부분은 길이방향에서 상기 가이드홀(40h)을 기준으로 상기 가이드홀(40h)에 인접하게 위치하는 3개의 고정구(16)가 포함되는 영역을 의미할 수 있다. 다만, 상기 소정 간격은 상기 가이드홀(40h) 측의 강성을 보강할 수 있다면, 차체의 크기나 배터리 셀의 배치 등에 따라 작업자가 제한되지 않고 변경할 수 있다.

도 7은 수직 결합부(310)의 형상을 각각 달리한 제1 프레임부(30a, 30b, 30c, 30d)의 일부를 보여주는 사시도이며, 도 8은 도 7에 도시된 제1 프레임부(30a, 30b, 30c, 30d)의 충돌 시뮬레이션 결과를 보여주는 그래프로서 시간(x축, [sec])에 따른 제1 프레임부의 침투량(y축, [mm])을 나타낸다.

도 7(a)는 제3 가로부재(36, 도 10 참조) 및 제4 가로부재(37, 도 10 참조)에서 모두 스캘럽 구조를 가지는 제1 프레임부(30a)를 도시하고 있으며, 도 7(b) 및 도7(c)는 제3 가로부재(36, 도 10 참조) 또는 제4 가로부재(37, 도 10 참조) 중 어느 하나만 스캘럽 구조를 가지는 제1 프레임부(30b, 30c)를 도시하고 있으며, 도 7(d)는 제3 가로부재(36, 도 10 참조) 및 제4 가로부재(37, 도 10 참조)에서 모두 스캘럽 구조가 형성되지 않은 제1 프레임부(30d)를 도시하고 있다.

도 8은 상기 도 7에 도시된 제1 프레임부의 형상(30a, 30b, 30c, 30d)에 따른 실험 결과값을 도시하고 있다. 사이드 프레임은 배터리 케이스 내부에 저장된 배터리 셀에 충돌 하중이 침투되는 것을 억제하는 것이 중요하다. 따라서, 상기 실험은 배터리 케이스의 사이드 프레임의 측면에 일정한 하중을 가함에 따라 제1 프레임부의 침투량(intrusion, [mm])을 측정한 실험으로, x축은 시간 또는 변위(displacement)를 의미하며, y축은 제1 프레임부의 이동 정도를 의미한다. 예를 들어, 배터리 셀과 사이드 프레임 사이의 초기 간격을 30mm로 설정하였을 때, 상기 침투량이 30mm 이하로 측정될 경우 배터리 셀에 충돌 하중이 침투되지 않는 것으로 판단한다.

이때, 도 8을 참조하면, 스캘럽 구조가 형성된 제1 프레임부(30a, 30b, 30c)는 스캘럽 구조가 형성되지 않은 일반적인 제1 프레임부(30d)와 비교하였을 때, 침투량이 유사하게 측정되는 것을 확인할 수 있다. 이는 스캘럽 구조가 형성되더라도, 일반적인 제1 프레임부(30d)와 대응되는 강성을 유지할 수 있음을 의미한다. 즉, 본 발명의 일실시예에 따른 사이드 프레임은 중량 감소의 효과를 가져옴과 동시에 강성을 유지할 수 있다.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 사이드 프레임을 도시한 사시도이며, 도 10은 도 9의 Ⅰ-Ⅰ' 선에 따른 사이드 프레임의 단면도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 제1 프레임부(30)는 제1 높이(H1)을 가진 제1 세로부재(31)와 상기 제1 세로부재(31)로부터 제1 길이(L1)만큼 이격되고 상기 제1 높이(H1)보다 짧은 제2 높이(H2)를 가진 제2 세로부재(32), 그리고 상기 제2 세로부재(32)로부터 높이방향으로 이격되면서 상기 제1 세로부재(31)로부터 제2 길이(L2)만큼 이격되고, 상기 제1 높이(H1)보다 짧은 제3 높이(H3)를 가진 제3 세로부재(33)를 포함하며, 상기 제1 프레임부(30)는 상기 제1 세로부재(31)의 일단과 상기 제2 세로부재(32)의 일단을 연결하는 제1 가로부재(34), 상기 제1 세로부재(31)의 타단과 상기 제3 세로부재(33)의 타단을 연결하는 제2 가로부재(35), 상기 제2 세로부재(32)의 타단에 일단이 연결되어 제3 길이(L3)만큼 폭방향으로 연장한 제3 가로부재(36), 그리고 상기 제3 세로부재(33)의 타단에 일단이 연결되어 제4 길이(L4)만큼 폭방향으로 연장한 제4 가로부재(37)를 포함한다. 이때, 상기 제3 가로부재(36)의 타단과 상기 제4 가로부재(37)의 타단 사이에 개방부(29)가 형성될 수 있다.

상기 제1 프레임부(30)는 예컨대 금속 등과 같은 단일 판재를 기계가공함에 따라 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 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.

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 상기 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 상기 제2 방향으로 1회 더 절곡된다. 이어서, 제3 높이(H3)만큼 높이방향(-Z방향)으로 하강하여 제3 세로부재(33)를 형성한 후 최초 절곡방향인 상기 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, 본 발명의 일실시예에 따른 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. 상기 벽부(38)는 대략 제1 세로부재(31), 제1 가로부재(34), 제2 세로부재(32), 제2 가로부재(35) 및 제3 세로부재(33)로 구획될 수 있으며, 상기 돌출부(39)는 제3 가로부재(36)와 이에 대응되는 제4 가로부재(37)로 형성될 수 있다.

상기 벽부(38)는 기존의 사이드 프레임에 대응되는 한편, 상기 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 상기 제3 가로부재(36)의 단부와 상기 제4 가로부재(37)의 단부 사이에 개방부(29)를 가질 수 있다.

이에 따라, 제1 프레임부(30)의 돌출부(39)는 개방부(29)를 포함할 수 있으며, 상기 돌출부(39) 및 개방부(29)는 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 세로부재(31 내지 33)는 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. 한편, 도 3 내지 도 4에 도시되어 있듯이, 상기 제2 높이(H2)보다 상기 제3 높이(H3)가 더 길 수 있으며, 배터리 셀을 수용하는 공간의 크기에 따라 달라질 수 있다.

이와 같이 형성된 제1 프레임부(30)는 사이드 프레임(10)의 외부를 구성할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 제2 프레임부(40)는 소정의 길이를 갖도록 길게 형성되고, 일정 높이와 일정 폭을 가진 대략 사각형 단면의 관부재로 형성될 수 있다. 이로써, 상기 제2 프레임부(40)는 내부에 폐쇄 단면의 중공부를 가질 수 있다.

상기 제2 프레임부(40)는 높이방향(Z방향)으로 서로 이격된 제1 횡방향 부재(41)와 제2 횡방향 부재(43), 및 폭방향(Y방향)으로 서로 이격되고 상기 제1 횡방향 부재와 상기 제2 횡방향 부재를 연결하는 제1 종방향 부재(42)와 제2 종방향 부재(44)를 포함할 수 있다.

상기 제2 프레임부(40)의 높이는 상기 제1 프레임부(30)의 개방부(29)의 높이에 대응되고, 상기 제2 프레임부(40)의 폭은, 상기 제1 프레임부(30)의 제1 가로부재(34)의 제1 길이(L1)와 제3 가로부재(36)의 제3 길이(L3)를 더한 길이(L1+L3)에 대응될 수 있다. 혹은, 상기 제2 프레임부(40)의 폭은, 상기 제1 프레임부(30)의 제2 가로부재(35)의 제2 길이(L2)와 제4 가로부재(37)의 제4 길이(L4)를 더한 길이(L2+L4)에 대응될 수 있다.

여기서, 상기 제2 프레임부(40)는 상기 제1 프레임부(30) 내에서 적어도 돌출부(39)와 정렬되어 배치될 수 있으며, 상기 제1 프레임부의 개방 단면, 즉 상기 개방부(29)를 폐쇄하여 사이드 프레임(10) 전체를 폐쇄 단면으로 형성할 수 있다.

이와 같이 형성되고 배치된 상기 제2 프레임부(40)는 사이드 프레임(10)의 내부를 구성할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 보강부(50)는 상기 제2 프레임부(40) 내부에 구비되며, 교차부(50c)를 가진다. 상기 교차부(50c)는 길이 방향에서 상기 제2 프레임부(40)와 나란한 방향을 따라 연장형성될 수 있으며, 도 3의 단면상에서는 하나의 점으로 보일 수 있다.

상기 보강부(50)는 상기 교차부(50c)를 중심으로 상기 제2 프레임부(40)의 내측면에 맞닿도록 연장된다. 이때, 상기 보강부(50)는 상기 교차부(50c)를 중심으로 서로 다른 삼방향으로 연장형성될 수 있으며, 예컨대, 누운 'Y'자 형상을 가질 수 있다.

상기 보강부(50)는 상기 제2 프레임부(40)의 제1 횡방향 부재(41)와 맞닿도록 연장된 제1 보강부재(51)와 상기 제2 횡방향 부재(43)와 맞닿도록 연장된 제2 보강부재(52) 및 상기 제2 종방향 부재(44)와 맞닿도록 연장된 제3 보강부재(53)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 보강부재(51)과 상기 제1 횡방향 부재(41)와 맞닿는 부분을 제1 전달부(51p)라고 부를 수 있으며, 상기 제2 보강부재(52)와 상기 제2 횡방향 부재(43)가 맞닿는 부분을 제2 전달부(52p)라고 부를 수 있다. 이때, 본 발명의 일실시예에 따른 보강부(50)는 상기 제1 전달부(51p) 및 제2 전달부(52p)가 상기 제1 프레임부(30)의 외측에 위치하도록 구성될 수 있다. 다시 말하여, 상기 제1 전달부(51p) 및 제2 전달부(52p)는 상기 제1 프레임부(30)의 돌출부(39)의 외측에 위치할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 제3 보강부재(53)는 상기 교차부(50c)를 중심으로 상기 제1 횡방향 부재(41) 및 제2 횡방향 부재(43)와 나란한 방향으로 연장될 수 있다. 또한, 상기 제1 보강부재(51) 및 제2 보강부재(52)는 상기 교차부(50c)에서 내측으로 경사지게 형성될 수 있다. 이에 의하여, 상기 보강부(50)는 누운 'Y'자 형상을 갖을 수 있다. 이때, 상기 제1 보강부재(51) 및 제2 보강부재(52)가 경사진 정도, 즉 기울기는 서로 상이할 수 있으며, 높이방향으로 대칭되게 구비될 수 있다.

즉, 상기 보강부(50)는 측면에서 가해진 충격이 가장 먼저 상기 제3 보강부재(53)를 통과하며, 상기 제3 보강부재(53)를 따라 최단 직선 거리로 상기 교차부(50c)에 전달할 수 있으며, 상기 교차부(50c)에서 상기 제1 보강부재(51) 및 제2 보강부재(52)로 분기됨에 따라 하중을 상기 제1 횡방향 부재(41) 및 제2 횡방향 부재(43)에 분산시키는 효과를 갖는다. 또한, 본 발명의 일실시예에 의한 보강부(50)에 의하면 상기 교차부(50c)를 통과하여 상기 제1 전달부(51p) 및 제2 전달부(52p) 측으로 전달된 힘이 상기 제1 횡방향 부재(41) 및 제2 횡방향 부재(43)를 따라 상기 제1 프레임부(30)와 중첩된 부분을 통과하기 때문에 충격 저항성 및 충격 흡수 효과를 극대화할 수 있다. 다시 말하여, 상기 제1 프레임부(30)의 돌출부(39) 측에서는 상기 제1 프레임부(30)의 제3 가로부재(36)와 상기 제2 프레임부(40)의 제1 횡방향 부재(41)가 중첩되고, 상기 제1 프레임부(30)의 제4 가로부재(37)와 상기 제2 프레임부(40)의 제2 횡방향 부재(43)가 중첩될 수 있다.

이와 같이 상기 보강부(50)는 상기 제2 프레임부(40)의 내부를 구성할 수 있으며, 상기 제2 프레임부(40)에 미치는 충격 저항 및 충격 흡수를 극대화할 수 있다.

한편, 차체의 크기 또는 요구되는 배터리 수용 공간에 따라 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 케이스 사이드 프레임(10)은 상기 제1 프레임부(30)가 상기 제2 세로부재(32)의 높이(H2)와 상기 제3 세로부재(33)의 높이(H3)가 다르게 형성될 수 있으므로, 초기 충격 시 받은 힘을 전달하기 위한 상기 제3 보강부재(53)는 상기 제2 세로부재(32) 및 제3 세로부재(33) 중에서 높이가 더 큰 쪽에 가깝게 위치할 수 있다.

예를 들어, 본 발명의 일실시예에 따른 제1 프레임부(30)는 상기 제3 세로부재(33)의 높이(H3)가 상기 제2 세로부재(32)의 높이(H2)보다 더 크게 형성될 수 있으며, 이때 상기 제3 보강부재(53)는 상기 제1 횡방향 부재(41)보다 상기 제2 횡방향 부재(43)에 가깝게 위치되도록 구비될 수 있다. 다시 말하여, 상기 제3 보강부재(53)는 상기 제1 횡방향 부재(41)까지의 높이방향(-Z방향) 간격(I1)이 상기 제2 횡방향 부재(43)까지의 높이방향(Z방향) 간격(I2)보다 크도록 위치할 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 케이스의 사이드 프레임에 대하여 설명하며, 앞서 설명한 부분과 중복되는 부분은 제외하고, 차별점이 있는 부분을 중점적으로 설명한다.

도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 사이드 프레임의 단면도이다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 제2 프레임부(40)는 제1 횡방향 부재(41)의 적어도 일부의 두께가 나머지의 두께보다 두껍게 형성되며, 상기 제2 횡방향 부재(43)의 적어도 일부의 두께가 나머지의 두께보다 두껍게 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 제1 횡방향 부재(41) 및 제2 횡방향 부재(43)의 적어도 일부의 두께는 나머지의 두께보다 0.5mm 이상 두껍게 형성될 수 있다.

한편, 본 발명의 제2 실시예에 따른 제2 프레임부(40)는 제2-1 프레임부(40a), 제2-2 프레임부(40b) 및 제2-3 프레임부(40c)로 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 도 4를 참조하면 상기 제2-1 프레임부(40a)는 폭방향(Y방향)에서 일단에 위치하며 상기 제1 프레임부의(30) 내부에 구비되고, 상기 제2-2 프레임부(40b)는 상기 제2-1 프레임부(40a)와 연결되는 중앙부에 위치하고, 상기 제2-3 프레임부(40c)는 상기 제2-2 프레임부(40b)에 연결되되 상기 폭방향(Y방향)에서 타단에 위치하며 상기 제1 프레임부(30)의 외측에 구비될 수 있다.

예를 들어, 상기 제2-1 프레임부(40a), 상기 제2-2 프레임부(40b) 및 제2-3 프레임부(40c)는 상기 제2 프레임부(40)를 폭방향으로 구획한 것일 수 있으며, 상기 제2-1 프레임부(40a)는 상기 제1 프레임부(30)의 벽부(38)에 위치한 부분을 의미할 수 있으며, 상기 제2-2 프레임부(40b)는 상기 제1 프레임부(30)의 돌출부(39)에서부터 상기 교차부(50c)를 지나는 부분까지를 의미할 수 있으며, 상기 제2-3 프레임부(40c)는 나머지 부분을 의미할 수 있다.

여기서, 상기 제2-3 프레임부(40c)는 최초 충돌에 따라 폭방향(Y방향)으로 집중적인 힘을 받게 되므로, 좌굴 및 소성 힌지의 현상을 최소화하기 위해 횡방향 부재가 두껍게 설계될 필요가 있다. 나아가, 상기 제2-1 프레임부(40a)는 내측에 배터리 셀과 맞닿는 공간으로 전달되는 충격을 흡수하기 위해 횡방향 부재가 두껍게 설계될 필요가 있다.

즉, 본 발명의 제2 실시예에 따른 제2 프레임부(40)는, 상기 제2-1 프레임부(40a) 및 제2-3 프레임부(40c)에 위치한 상기 제1 횡방향 부재(41) 및 제2 횡방향 부재(43)의 두께가 상기 제2-2 프레임부(40b)에 위치한 상기 제1 횡방향 부재(41) 및 제2 횡방향 부재(43)의 두께보다 두껍게 형성될 수 있으며, 이에 의하여, 충격 저항 및 충격 흡수를 극대화할 수 있다.

도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 사이드 프레임의 단면도이다.

차체의 크기 또는 요구되는 배터리 수용 공간에 따라 제1 프레임부(30)는 상기 제2 세로부재(32)의 높이(H2)와 상기 제3 세로부재(33)의 높이(H3)가 동일하게 형성될 수 있다. 즉, 상기 제1 프레임부(30)는 상기 제2 프레임부(40)를 기준으로 대칭되게 형성될 수 있다.

여기서, 본 발명의 제3 실시예에 따른 보강부(50)는 제3 보강부재(53)가 상기 제1 횡방향 부재(41)까지의 높이방향(-Z방향) 간격(I1)과 상기 제2 횡방향 부재(43)까지의 높이방향(Z방향) 간격(I2)이 동일하도록 구비될 수 있으며, 이에 의하여 상기 제3 보강부재(53)에 가해지는 힘을 상기 제1 횡방향 부재(41) 및 제2 횡방향 부재(43)로 균형 있게 분산시킬 수 있다.

나아가, 본 발명의 제3 실시예에 따른 제2 프레임부(40)는 상술한 제2 실시예와 마찬가지로, 상기 제2-1 프레임부(40a) 및 제2-3 프레임부(40c)에 위치한 상기 제1 횡방향 부재(41) 및 제2 횡방향 부재(43)의 두께가 상기 제2-2 프레임부(40b)에 위치한 상기 제1 횡방향 부재(41) 및 제2 횡방향 부재(43)의 두께보다 두껍게 형성될 수 있으며, 이에 의하여, 충격 저항 및 충격 흡수를 극대화할 수 있다.

도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 사이드 프레임의 결합 과정을 나타낸 개념도이다.

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 프레임부(40)를 제1 프레임부(30) 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 프레임부(30)는 강재로 형성되고 제2 프레임부(40)는 알루미늄재로 형성되는 경우에 이들 이종 재질의 직접적인 접촉에 의해 야기되는 부식을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

한편, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 케이스의 사이드 프레임(10)을 대량 생산함에 있어서, 상기 제1 프레임부(30)의 간격 치수(H1-(H2+H3))가 스프링 백(Spring Back)으로 인한 제조 공차 등으로 정치수보다 낮게 생산될 경우, 제2 프레임부(40)가 상기 돌출부(39)의 개방된 단면과 충돌하는 문제가 발생할 수 있다.

이를 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 제2 프레임부(40)는 상기 제1 프레임부(30)의 내부에 구비된 인입부(45)가 테이퍼(taper) 구조를 갖을 수 있다. 즉, 상기 인입부(45)는 상술한 제2-1 프레임부(40a)에 대응될 수 있으며, 상기 제1 프레임부(30)와 상기 제2 프레임부(40)의 결합 시 상기 돌출부(39) 측으로 가장 먼저 인입되는 부분을 의미할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 인입부(45)는 상기 제1 프레임부(30) 측의 일단면에서 반대측으로 넓어지도록 경사지게 형성될 수 있으며, 상기 인입부(45)는 상기 제1 횡방향 부재(41)에 형성된 제1 경사면(45a)과 상기 제2 횡방향 부재(43)에 형성된 제2 경사면(45b)를 포함할 수 있다. 이때, 도 9에서 상기 제1 경사면(45a)은 상기 제1 횡방향 부재(41)를 기준으로 반시계 방향으로 약 5°정도 경사각을 형성할 수 있으며, 상기 제2 경사면(45b)은 상기 제2 횡방향 부재(43)를 기준으로 시계 방향으로 약 5°정도 경사각을 형성할 수 있다.

이에 의하여, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 케이스의 사이드 프레임(10) 제작 시, 상기 제2 프레임부(40)가 상기 제1 프레임부(30)의 개방 단면과 충돌하는 문제를 방지할 수 있으며, 약간의 제조 공차에도 삽입 결합이 원활하도록 함에 따라 불량률을 낮추고 생산성을 높일 수 있다.

도 2 내지 도 13을 참조하여 상술한 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 상기 제1 프레임부(30)보다 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.

물론, 접합 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. 또한, 인입부가 테이퍼 구조를 가지므로 대량 생산 시, 스프링 백에 의한 제조 공차에 따른 불량률을 낮추고 생산성을 극대화할 수 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. 더하여, 가로부재의 내부에 보강부재들을 삽입하고, 보강부재들이 힘을 분산시킬 수 있는 구조를 가지므로 충격 흡수성 및 충격 저항성을 극대화할 수 있다.

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, 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.

이상에서는 본 발명을 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 청구범위에서 청구되는 본 발명의 기술적 사상의 변화 없이 통상의 기술자에 의해서 변형되어 실시될 수 있음은 물론이다.

1: 제1 케이스 2: 제2 케이스
3: 본체 4: 플랜지
10: 사이드 프레임 15: 접착제
16: 고정구 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
40a: 제2-1 프레임부 40b: 제2-2 프레임부
40c: 제2-3 프레임부 40h: 가이드홀
41: 제1 횡방향 부재 42: 제1 종방향 부재
43: 제2 횡방향 부재 44: 제2 종방향 부재
45: 인입부 45a: 제1 경사
45b: 제2 경사면 50: 보강부
50c: 교차부 51: 제1 보강부재
51p: 제1 전달부 52: 제2 보강부재
52p: 제2 전달부 53: 제3 보강부재
300: 결합부 310: 수직 결합부
311: 제1 결합부 312: 제2 결합부
313: 제3 결합부 320: 수평 결합부

Claims (11)

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 프레임부는,
   적어도 일부가 절개된 형상의 스캘럽(Scallop) 구조를 가지며, 상기 제2 프레임부와 연결되는 결합부를 포함하며,
   상기 제1 프레임부와 상기 제2 프레임부는 상이한 재질로 형성된 배터리 케이스의 사이드 프레임.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 결합부는,
   상기 제1 프레임부 및 제2 프레임부를 높이방향으로 연결하는 수직 결합부와 상기 제1 프레임부 및 제2 프레임부를 폭방향으로 연결하는 수평 결합부를 포함하되,
   상기 수직 결합부는,
   상기 제2 프레임부와 맞닿아 연결되되, 적어도 일부가 상기 스캘럽 구조를 갖는 배터리 케이스의 사이드 프레임.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 수직 결합부는,
   고정구가 구비되는 제1 결합부;
   폭방향에서 상기 제1 결합부의 일단을 기준으로 내측에 절개된 형상을 갖는 제2 결합부;
   를 포함하는 배터리 케이스의 사이드 프레임.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제2 프레임부는,
   길이방향에서 중앙부에 차체와의 결합 가이드를 위한 가이드홀;
   을 포함하며,
   상기 수직 결합부는,
   상기 가이드홀 측에 인접하게 구비되며, 상기 제1 결합부의 일단을 연결하도록 연장된 제3 결합부;
   를 더 포함하는 배터리 케이스의 사이드 프레임.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 제1 결합부는,
   적어도 일부가 상기 고정구의 형상에 대응되는 형상을 가지는 배터리 케이스의 사이드 프레임.
   
6. 제 3 항에 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 형성되는 배터리 케이스의 사이드 프레임.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 수직 결합부는,
   상기 제3 가로부재 및 제4 가로부재 각각에 구비되는 배터리 케이스의 사이드 프레임.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 제2 결합부는,
   상기 제1 세로부재의 적어도 일부에 구비되는 배터리 케이스의 사이드 프레임.
   
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 프레임부는 단일 판재를 절곡시켜 성형되고,
   상기 제2 프레임부는 압출에 의해 형성된 배터리 케이스의 사이드 프레임.
   
10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결합부는,
    고정구를 통한 기계적 접합 또는 접착제를 통한 화학적 접합 중 적어도 어느 하나를 사용하는 배터리 케이스의 사이드 프레임.
    
11. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 프레임부는,
    비중이 4 이상인 중금속 재질로 만들어 지며,
    상기 제2 프레임부는,
    상기 제1 프레임부보다 비중이 낮은 재질로 만들어지는 것인 배터리 케이스의 사이드 프레임.

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