[0001]【技术领域】
[0002][0001]본 발명은 전기자동차용 배터리 케이스에 관한 것이다.
[0003]【背景技术】
[0004][0002]최근 들어 환경문제가 주요 이슈로 등장하면서, 자동차 산업에서도 큰 변화가 일어나고 있다. 세계적으로 자동차의 연비규제가 점점 엄격해지고 있으며, 그에 대응하여 자동차 업계는 하이브리드 자동차, 전기자동차 및 자동차 부품의 경량화를 위한 기술개발이 진행되고 있으며, 실제로 상용화되고 있는 실정이다.
[0005][0003]특히, 전기자동차 부품의 경량화를 위한 기술개발과 관련하여 전기자동차 배터리를 지지하는 배터리 케이스에 대한 재료의 변경이 요구되고, 생산성 및 내구성향상을 위해 각 부품간의 결합구조 변경이 요구되고 있는 실정이다.
[0006][0004]즉, 종래기술에 따른 배터리 케이스는 금속의 소재로 이루어짐에 따라 차체의 무게가 증가되는 문제점을 지니고 있다. 또한, 차체의 무게를 감소시키기 위해 배터리 케이스를 알루미늄 소재로 구현시킬 경우, 배터리 케이스를 구성하는 부품간의 조립공정은 용접과 같은 방식으로 구현됨에 따라 비용이 증가되는 문제점이 발생된다.
[0007][0005]본 발명의 일 관점은 냉각유로가 형성되어 열전도성이 확보됨과 동시에 경량화로 구현가능한 전기자동차용 배터리 케이스를 제공하기 위한 것이다.
[0008][0006]본 발명의 다른 관점은 각 부품간의 간편한 결합구조를 통해 생산성이 향상된 전기자동차용 배터리 케이스를 제공하기 위한 것이다.
[0009][0007]본 발명의 또 다른 관점은 견고한 조립구조를 통해 내구성이 확보되고, 다층구조를 통해 외력을 받더라도 배터리 모듈의 안정성을 유지할 수 있는 전기자동차용 배터리 케이스를 제공하기 위한 것이다.
[0010][0008]본 발명의 또 다른 관점은 기계적인 성능을 만족하면서 전체 무게를 감량할 수 있는 전기자동차용 배터리 케이스를 제공하기 위한 것이다.
[0011][0009]본 발명의 또 다른 관점은 배터리 모듈을 장착하였을 때 배터리 케이스의 내외부 사이에 수밀성이 우수한 전기자동차용 배터리 케이스를 제공하기 위한 것이다.
[0012][0010]본 발명의 또 다른 관점은 경량화로 구현됨과 동시에 배터리 케이스를 안전하고 견고하게 보호할 수 있고, 파손시 일부 교체가 용이한 전기자동차용 배터리 케이스를 제공하기 위한 것이다.
[0013][0011]본 발명의 또 다른 관점은 2종의 섬유강화 플라스틱 복합재를 이용하여 일체로 사출성형하여 배터리 케이스의 지지층을 형성하고, 체결부재를 지지층과 함께 사출성형하여 체결부재를 지지층에 결합시킴에 따라 견고성 및 생산성이 향상된 전기자동차용 배터리 케이스를 제공하기 위한 것이다.
[0014][0012]상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전기자동차용 배터리 케이스는, 금속프레임, 상기 금속프레임의 일면에 적층된 접착제층 및 상기 접착제층의 일면에 적층된 섬유강화 플라스틱 복합재층을 포함하고, 상기 금속프레임, 상기 접착제층 및 상기 섬유강화 플라스틱 복합재층 순으로 적층된다.
[0015][0013]상기 접착제층을 형성하는 접착제의 초기경화온도는 상기 섬유강화 플라스틱 복합재의 경화온도의 -10℃ 내지 +10℃의 범위일 수 있다.
[0016][0014]상기 접착제층을 형성하는 접착제의 초기경화온도는 상기 섬유강화 플라스틱 복합재의 경화온도의 -5℃ 내지 +5℃의 범위일 수 있다.
[0017][0015]상기 섬유강화 플라스틱 복합재의 경화온도는 130 ~ 150℃일 수 있다.
[0018][0016]상기 섬유강화 플라스틱 복합재층은 매트릭스 수지에 장섬유 형태의 보강섬유 또는 연속섬유로 직조된 직물 형태의 보강섬유를 포함하여 이루어질 수 있다.
[0019][0017]상기 섬유강화 플라스틱 복합재층은 적층방향에 대하여 상기 금속프레임의 상부에 대한 적어도 일부를 커버하고, 상기 금속프레임의 하부에 대한 적어도 일부를 커버할 수 있다.
[0020][0018]상기 섬유강화 플라스틱 복합재층은 상기 금속프레임의 상부를 커버하는 상면부와, 상기 금속프레임의 측부를 커버하는 측면부와, 상기 금속프레임의 하부를 커버하는 하면부를 포함할 수 있다.
[0021][0019]상기 상면부, 상기 측면부 및 상기 하면부는 일체로 형성할 수 있다.
[0022][0020]상기 하면부는 상기 측면부의 일측과 타측을 연결하는 복수의 리브로 형성될 수 있다.
[0023][0021]상기 금속프레임, 상기 접착제층 및 상기 섬유강화 플라스틱 복합재는 동시 경화 접합공정에 의해 결합될 수 있다.
[0024][0022]본 발명의 일 형태에 따른 전기자동차용 배터리 케이스의 제조방법은, 하부 금형에 금속프레임을 적재하는 금속프레임 적재단계, 상기 하부 금형에 적재된 상기 금속프레임의 상부에 접착제를 적층하는 접착제 적층단계, 상기 금속프레임의 상부에 적층된 상기 접착제의 상부에 섬유강화 플라스틱 복합재를 적층하는 섬유강화 플라스틱 복합재(FRP) 적층단계 및 상기 금속프레임, 상기 접착제 및 상기 섬유강화 플라스틱 복합재에 열과 압력을 동시에 제공하는 가열 및 가압단계를 포함한다.
[0025][0023]본 발명의 다른 형태에 따른 전기자동차용 배터리 케이스의 제조방법은, 하부 금형에 섬유강화 플라스틱 복합재를 적층하는 섬유강화 플라스틱 복합재(FRP) 적층단계, 상기 하부 금형에 적재된 상기 섬유강화 플라스틱 복합재의 상부에 접착제를 적층하는 접착제 적층단계, 상기 접착제의 상부에 금속프레임을 적재하는 금속프레임 적재단계, 및 상기 섬유강화 플라스틱 복합재, 상기 접착제 및 상기 금속프레임에 열과 압력을 동시에 제공하는 가열 및 가압단계를 포함한다.
[0026][0024]상기 섬유강화 플라스틱 복합재(FRP) 적층단계는 상기 접착제의 상부 전면에 비하여 60% 이상 100% 미만 접착제를 커버하도록 적층될 수 있다.
[0027][0025]상기 가열 및 가압단계는 상기 금속프레임, 상기 접착제 및 상기 섬유강화 플라스틱 복합재가 적재된 상기 하부 금형에 상부 금형을 형합시키면서 상기 금속프레임, 상기 접착제, 상기 섬유강화 플라스틱 복합재에 대하여 가열 및 가압할 수 있다.
[0028][0026]상기 접착제층을 형성하는 접착제의 초기경화온도는 상기 섬유강화 플라스틱 복합재의 경화온도 -10℃ 내지 +10℃의 범위일 수 있다.
[0029][0027]상기 섬유강화 플라스틱 복합재의 경화온도는 130 ~ 150℃일 수 있다.
[0030][0028]상기 섬유강화 플라스틱 복합재(FRP) 적층단계 및 상기 가열 및 가압단계에서 상기 섬유강화 플라스틱 복합재는 상기 금속프레임의 측부를 커버할 수 있다.
[0031][0029]상기 하부 금형은 리브 형성홈이 형성되고, 상기 섬유강화 플라스틱 복합재(FRP) 적층단계 및 상기 가열 및 가압단계에서 상기 섬유강화 플라스틱 복합재는 리브 형성홈으로 유동되고, 상기 금속프레임의 하부를 커버하는 리브가 형성될 수 있다.
[0032][0030]상기한 본 발명의 전기자동차용 배터리 케이스에 의하면, 기계적인 성능을 만족하면서 전체 무게를 감량할 수 있다.
[0033][0031]또한, 배터리 모듈을 장착하였을 때 배터리 케이스의 내부와 외부 사이에 수밀성이 매우 우수하다.
[0034][0032]또한, 냉각유로가 형성되어 열전도성이 확보됨과 동시에 경량화로 구현할 수 있다.
[0035][0033]또한, 각 부품간의 간편한 결합구조를 통해 생산성이 향상될 수 있다.
[0036][0034]또한, 견고한 조립구조를 통해 내구성이 확보되고, 다층구조를 통해 외력을 받더라도 배터리 모듈의 안정성을 유지할 수 있다.
[0037][0035]또한, 배터리 케이스를 안전하고 견고하게 보호할 수 있고, 파손시 일부 교체가 용이하다.
[0038][0036]그리고, 2종의 섬유강화 플라스틱 복합재를 이용하여 일체로 사출성형하여 배터리 케이스의 지지층을 형성하고, 체결부재를 지지층과 함께 사출성형하여 체결부재를 지지층에 결합시킴에 따라 견고성 및 생산성이 향상될 수 있다.
[0039]【附图说明】
[0040][0037]도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 케이스를 나타내는 사시도이다.도 2는 도 1에 도시된 배터리 케이스의 분해 사시도로서 냉각블록에 냉각유로가 없고 방열판도 없는 경우를 나타낸다.도 3은 도 1에 도시된 배터리 케이스의 분해 사시도로서 냉각블록에 냉각유로가 없고 방열판이 있는 경우를 나타낸다.도 4는 도 1에 도시된 배터리 케이스의 분해 사시도로서 냉각블록에 냉각유로가 있고 방열판도 있는 경우를 나타낸다.도 5는 도 1의 배터리 케이스에서 내부프레임과 외부프레임을 나타내는 분해 사시도이다.도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 케이스에서 냉각블록의 측벽부 부근에 내부프레임, 방열판, 외부프레임이 결합되는 것을 나타내는 단면도이다.도 7은 냉각블록의 테두리부에 방열판과 외부프레임이 결합되는 것을 나타내는 단면도이다.도 8은 냉각유로가 형성된 냉각블록 상에 방열판이 결합되는 것을 나타내는 단면도이다.도 9는 내부프레임에서 제1 내부프레임과 제3 내부프레임 부위가 방열판과 함께 냉각블록에 결합되는 것을 나타내는 단면도(a)와 다른 형태에 따른 제1 내부프레임과 냉각블록에 결합되는 것을 나타내는 단면도(b)이다.도 10은 도 2의 방열판과 냉각블록과 하부보호판의 결합 구조를 나타내는 분해 사시도이다.도 11은 도 10의 하부보호판과 냉각블록이 일체로 형성된 냉각블록의 일 변형예이다.도 12는 하부보호판 내부에 삽입되는 냉각블록의 다른 변형예이다. 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 케이스를 개략적으로 도시한 단면도이다.도 14는 도 13에 도시한 배터리 케이스의 개략적인 분해 단면도이다. 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 케이스를 개략적으로 도시한 단면도이다.도 16은 도 15에 도시한 배터리 케이스의 개략적인 분해 단면도이다. 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 케이스를 개략적으로 도시한 단면도이다.도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 케이스를 개략적으로 도시한 단면도이다.도 19는 도 18에 도시한 배터리 케이스의 개략적인 분해 단면도이다.도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 케이스를 개략적으로 도시한 단면도이다.도 21은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 케이스를 개략적으로 도시한 단면도이다.도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 케이스를 개략적으로 도시한 단면도이다.도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 케이스를 개략적으로 도시한 단면도이다.도 24는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 케이스를 개략적으로 도시한 단면도이다.도 25는 도 13에 도시한 배터리 케이스에 전기자동차용 배터리 모듈이 결합된 상태를 개략적으로 도시한 사용상태도이다.도 26은 도 18에 도시한 배터리 케이스에 전기자동차용 배터리 모듈이 결합된 상태를 개략적으로 도시한 사용상태도이다.도 27은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 케이스를 개략적으로 도시한 단면도이다.도 28은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 케이스를 개략적으로 도시한 단면도이다.도 29는 도 28에 도시한 배터리 케이스의 개략적인 저면도이다.도 30은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 케이스의 제조방법을 개략적으로 도시한 공정도이다.도 31은 도 30에 도시된 제조 공정에 따른 제조 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.도 32는 도 30에 도시한 배터리 케이스 제조 과정을 개략적으로 도시한 단면도이다.도 33은 도 31에 도시한 하부금형의 다른 실시예를 개략적으로 도시한 저면도이다.도 34는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 케이스를 개략적으로 도시한 구성도이다.도 35는 도 34에 도시한 차량용 배터리 케이스의 내부프레임과 냉각블록의 결합부위를 나타내는 단면도이다.도 36은 도 34에 도시한 차량용 배터리 케이스의 제1 내부프레임의 개략적인 A-A 단면도이다.도 37은 도 34에 도시한 차량용 배터리 케이스의 제2 내부프레임의 개략적인 B-B 단면도이다.도 38은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 케이스의 제1 내부프레임의 개략적인 단면도이다.도 39는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 케이스의 제1 내부프레임의 개략적인 단면도이다.도 40은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 케이스를 개략적으로 도시한 구성도이다.도 41은 도 40에 도시한 차량용 배터리 케이스의 제1 내부프레임의 개략적인 C-C 단면도이다.도 42는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 케이스를 개략적으로 도시한 구성도이다.도 43은 도 42에 도시한 차량용 배터리 케이스의 내부프레임의 개략적인 D-D 단면도이다.도 44는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 케이스를 개략적으로 도시한 구성도이다.도 45는 도 44에 도시한 차량용 배터리 케이스에 있어서, 외부프레임의 개략적인 E-E 단면도이다.도 46은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 케이스를 개략적으로 도시한 구성도이다.도 47은 본 발명에 따른 차량용 배터리 케이스 패키지의 기술사상을 개략적으로 도시한 구성도이다.도 48은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 케이스 패키지에 있어서, 하부 케이스 및 하부보호판을 개략적으로 도시한 구성도이다.도 49는 도 48에 도시한 하부보호판의 개략적인 F-F 단면도이다. 도 50는 도 48에 도시한 하부 케이스 및 하부보호판과 결합된 일 실시예를 개략적으로 도시한 단면도이다.도 51은 본 발명의 일 실시예에 따른 하부보호판을 개략적으로 도시한 구성도이다.도 52 및 도 53은 적층 시트를 포함하는 섬유강화 플라스틱 복합재를 나타내는 분해 사시도이다.도 54는 직물의 배향 각도가 서로 다른 복수의 시트를 포함하는 섬유강화 플라스틱 복합재를 나타내는 분해 사시도이다.도 55는 종래기술에 따른 배터리 케이스의 분해 사시도이다.
[0041][0038]본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
[0042][0039]본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
[0043][0040]이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
[0044][0041]이하, 도 1 내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 케이스에 대해 설명한다.
[0045][0042]도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 케이스를 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 배터리 케이스의 분해 사시도로서 냉각블록에 냉각유로가 없고 방열판도 없는 경우를 나타내며, 도 3은 도 1에 도시된 배터리 케이스의 분해 사시도로서 냉각블록에 냉각유로가 없고 방열판이 있는 경우를 나타내고, 도 4는 도 1에 도시된 배터리 케이스의 분해 사시도로서 냉각블록에 냉각유로가 있고 방열판도 있는 경우를 나타낸다. 도 5는 도 1의 배터리 케이스에서 내부프레임과 외부프레임을 나타내는 분해 사시도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 배터리 케이스에서 냉각블록의 측벽부 부근에 내부프레임, 방열판, 외부프레임이 결합되는 것을 나타내는 단면도이며, 도 7은 냉각블록의 테두리부에 방열판과 외부프레임이 결합되는 것을 나타내는 단면도이다. 도 8은 냉각유로가 형성된 냉각블록 상에 방열판이 결합되는 것을 나타내는 단면도이며, 도 9는 내부프레임에서 제1 내부프레임과 제3 내부프레임 부위가 방열판과 함께 냉각블록에 결합되는 것을 나타내는 단면도(a)와 다른 형태에 따른 제1 내부프레임과 냉각블록에 결합되는 것을 나타내는 단면도(b)이다.
[0046][0043]도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 케이스(10)는 배터리 모듈(미도시)을 지지하고, 외부충격으로부터 배터리 모듈을 보호함과 동시에 배터리 모듈을 냉각시키기 위한 것이다. 본 발명의 배터리 케이스(10)는 배터리 모듈을 아래에서 지지하는 것으로서 하부 케이스를 구성하고, 배터리 모듈을 덮는 커버 케이스와 결합될 수 있다.
[0047][0044]도 2에 도시된 바와 같이, 배터리 케이스(10)는 내부프레임(100), 지지부(30), 외부프레임(400)을 포함할 수 있다.
[0048][0045]지지부(30)는 배터리 모듈이 안착되어 지지되고 테두리부에서 상방으로 연장형성되는 측벽부(360)를 포함한다.
[0049][0046]내부프레임(100)은 냉각블록(300)의 상면에 결합되어 배터리 모듈의 안착부를 구획한다.
[0050][0047]외부프레임(400)은 냉각블록(300)의 외측면에 결합된다.
[0051][0048]냉각블록(300)의 측벽부(360)는 내부프레임(100)은 물론 배터리 모듈(미도시)까지 둘러싸도록 소정 높이로 형성될 수 있다. 내부프레임(100)은 측벽부(360) 내측에서 냉각블록(300)의 상면에 결합되며, 외부프레임(400)은 측벽부(360)의 외측면 하부에 결합될 수 있다.
[0052][0049]도 3에 도시된 바와 같이, 배터리 케이스(10)는 내부프레임(100), 방열판(200), 지지부(30), 외부프레임(400)을 포함할 수 있다.
[0053][0050]우선, 방열판(200)은 그 상면에 배터리 모듈(미도시)이 안착되어 지지된다.
[0054][0051]내부프레임(100)은 방열판(200)의 상면에 결합되어 배터리 모듈의 안착부를 구획한다.
[0055][0052]지지부(30)는 방열판(200)의 아래에 결합되고 테두리부에서 상방으로 연장형성되는 측벽부(360)를 포함한다.
[0056][0053]외부프레임(400)은 지지부(30)의 외측면에 결합된다.
[0057][0054]지지부(30)의 측벽부(360)는 방열판(200)과 내부프레임(100)은 물론 배터리 모듈(미도시)까지 둘러싸도록 소정 높이로 형성될 수 있다. 방열판(200)은 지지부(30)의 측벽부(360) 내측 바닥에 결합되고, 내부프레임(100)은 측벽부(360) 내측에서 방열판(200)의 상면에 결합되며, 외부프레임(400)은 측벽부(360)의 외측면 하부에 결합될 수 있다.
[0058][0055]도 4에 도시된 바와 같이, 배터리 케이스(10)는 내부프레임(100), 방열판(200), 냉각블록(300), 외부프레임(400)을 포함할 수 있다. 도 4에 도시된 실시예의 경우, 도 2 및 도 3에서의 지지부(30)가 그 상면에 요철 형상의 냉각유로(310)가 형성되어 냉각블록(300)이 되는 것을 나타낸다.
[0059][0056]우선, 방열판(200)은 그 상면에 배터리 모듈(미도시)이 안착되어 지지된다. 방열판(200)은 전체적으로 직사각형 판재 형태로 이루어지고, 열전달 성능을 확보하기 위해 금속으로 이루어진다. 특히, 방열판(200)은 열전도성이 우수하고 가벼운 금속인 알루미늄으로 이루어지는 것이 바람직하다.
[0060][0057]내부프레임(100)은 방열판(200)의 상면에 결합되어 배터리 모듈의 안착부를 구획한다. 도면에서 내부프레임(100)은 8개의 배터리 모듈을 장착할 수 있도록 형성되어 있는데, 2이상의 배터리 모듈을 장착할 수 있도록 형성될 수 있다.
[0061][0058]구체적으로, 내부프레임(100)은 내측에 좌우방향으로 배치된 제1 내부프레임(110), 전후방 외측에 좌우방향으로 배치된 제2 내부프레임(120), 내측에 전후방향으로 배치된 제3 내부프레임(130), 좌우 외측에 전후방향으로 배치된 제4 내부프레임(140)으로 구성될 수 있다.
[0062][0059]제1 내부프레임(110)은 다른 내부프레임보다 높이가 높게 형성되고, 나머지 내부프레임들은 같은 높이로 형성될 수 있다. 그러나, 제1 내지 제4 내부프레임(110, 120, 130, 140)의 높이는 반드시 이에 한정되지 않고, 제1 내지 제4 내부프레임(110, 120, 130, 140)의 높이가 모두 같거나, 서로 다를 수 도 있다. 내부프레임들은 금속 재질로 개별적으로 제작되어 서로 용접될 수 있다.
[0063][0060]냉각블록(
