KR20140048372A - 전기자동차용 하이브리드 배터리 모듈 커버 및 인서트 성형법을 이용한 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기자동차용 하이브리드 배터리 모듈 커버에 관한 것으로, SMC로 가압성형된 상부커버; 다수의 사각형 구멍이 천공된 스틸플레이트가 골격을 이루도록 두 장의 SMC 사이에 배치된 상태에서 가압성형되어 인서트 성형된 하부커버;를 포함하고, 상부커버와 하부커버 사이에 배터리 모듈이 설치된 상태에서 상호 조립된 것을 특징으로 하는 전기자동차용 하이브리드 배터리 모듈 커버에 있어서; 상기 스틸플레이트를 인서트 성형할 때 조립성과 정확성을 높이도록, 상기 스틸플레이트의 둘레에 간격을 두고 상향돌출된 후 수평 절곡된 다수의 브라켓을 구비하고, 상기 브라켓의 수평 절곡부에는 상하로 관통된 관통홀을 형성하며, 상기 관통홀에는 가이드핀을 삽입하여, 상기 스틸플레이트가 금형에 안착될 때 금형 외측에서 위치 고정될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 전기자동차용 하이브리드 배터리 모듈 커버를 제공한다.
본 발명에 따르면, 경량화가 가능하고, 수밀성이 향상되며, 강도가 우수하여 외부충격으로부터 배터리 모듈을 충분히 보호할 수 있고, 제조공정이 간소화되어 원가절감, 생산성 형상에 기여하며, 별도의 방청 도장 공정을 거치지 않아도 되며, 또한, 스틸을 인서트 성형하기 위해 금형에 안착시킬 때 가이드핀을 이용하여 고정함으로써 고정작업의 편의성, 정확한 위치에 쉽고 빠르게 고정할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Description

전기자동차용 하이브리드 배터리 모듈 커버 및 인서트 성형법을 이용한 그 제조방법{HYBRID TYPE BATTERY MODULE COVER FOR ELECTRIC VEHICLE AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF USING INSERT MOLDING}

본 발명은 전기자동차용 하이브리드 배터리 모듈 커버 및 인서트 성형법을 이용한 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 중량을 줄여 경량화가 가능하면서도 수밀성은 향상되고 별도의 방청 공정을 거치지 않아도 되므로 생산성 향상 및 비용절감, 그리고 조립작업의 용이성까지 향상시키고, 성형시 수지 흐름성을 좋게 하여 성형자유도를 향상시키면서 인서트용 스틸의 유동을 막아 스틸의 접합강도를 극대화시킨 전기자동차용 하이브리드 배터리 모듈 커버 및 인서트 성형법을 이용한 그 제조방법에 관한 것이다.

잘 알려진 바와 같이, 전기자동차(Electric vehicle ; EV)는 주로 배터리의 전원을 이용하여 AC 또는 DC모터를 구동하여 동력을 얻는 자동차를 말하며, 이러한 전기자동차에 필수불가결한 것이 바로 동력원이 되는 배터리이다.

보통, 전기자동차에 사용되는 배터리는 모듈화 되어 있는데, 셀(cell) 케이스 내부에 양극판, 음극판 및 격리판을 설치하고 전해액을 충진한 축전지가 구비된 형태이며, 발전기에 의해 정격용량으로 충전되고 전기소모의 증가에 따라 방전되는 전기화학 작용을 반복한다.

이와 같이, 배터리는 전기자동차에 있어 핵심이 되는 장치이기 때문에 외부 충격으로부터 보호하기 위해 커버로 밀폐되어 수밀성을 갖도록 유지된다.

이러한 이유로 종래에는 스틸 소재의 상부커버와 하부커버를 사용하여 배터리 모듈을 외부 충격으로부터 보호하면서 수밀성을 갖출 수 있도록 이들 사이에 패킹을 사용하였다.

특히, 배터리 모듈은 수밀성이 생명이기 때문에 씰링을 위해 배터리 모듈을 레일브라켓에 장착하고 있는데, 이때 레일브라켓은 하부커버와는 분리된 별도의 부재이기 때문에 이를 하부커버 내부에 용접 고정해야 하였다.

때문에, 공정수가 늘어나고, 불필요한 작업이 수반되기 때문에 시간과 비용이 낭비되는 단점이 있었다.

이러한 전기자동차용 배터리 모듈과 관련하여, 등록실용 제0260363호, 등록특허 제0353998호, 등록특허 제0369052호 등이 개시되어 있다.

한편, 배터리 모듈을 장착하기 위해서는 상부커버 혹은 하부커버의 경우 형상에 따라 포밍 가공이 요구되는데, 이때 이들 커버들이 스틸 소재로 제작되기 때문에 가공상 한계, 즉 딥 드로우(Deep Draw) 상 한계도 있어 성형성에 있어 제한이 따랐다.

나아가, 스틸 소재이기 때문에 별도의 방청 도장을 필수적으로 수반해야 하는 불편함과 낭비가 있었으며, 최근에는 중량 과다와 성형상 어려움 때문에 원가 상승으로 인한 경쟁력 저하를 우려하여 이를 해소시킬 수 있는 대안이 요청되고 있는 실정이다.

이와 같은 문제를 개선하기 위해, 고장력강판을 합성수지에 부분 인서트 성형하여 강성을 증대시키면서 중량은 줄이도록 한 기술들이 개시되고 있다.

이러한 기술들은 예컨대, 도 1의 예시와 같이 하형에 스프링 타입의 가이드핀(10)을 고정하고, 하형 상부에 제1수지시트(20)를 안착시킨 다음 스틸플레이트(30)를 그 위에 안착시키되 양단을 가이드핀(10)에 끼워 고정하며, 이후 제2수지시트(22)를 스틸플레이트(30) 위에 올려 놓고 상형으로 눌러 가압성형함으로써 수지시트와 스틸플레이트가 일체화된 성형품을 만드는 방식이다.

하지만, 이와 같은 부분 인서트 서형의 경우, 모재인 수지시트와 스틸플레이트 간의 접합강도가 취약하여 원하는 강성을 유지하기 어렵고, 수지시트 접합을 위해 다수의 홀(구멍)을 형성하고 있으므로 홀 가공에 따른 공정 증대, 수지흐름성 저하, 성형시 스틸플레이트의 유동에 의한 치수안정성 저하, 가이드핀이 돌출되어 있기 때문에 성형시 상형과의 접촉에 따른 금형 내구성 저하, 특히 열경화성 복합소재의 경우 금형온도가 고온이기 때문에 유압 혹은 스프링 가이드핀 작동 오류가 발생되는 등의 단점이 존재하였다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 보다 경량의 소재를 사용하면서도 강도가 우수하여 외부 충격으로부터 배터리 모듈을 충분히 보호할 수 있고, 수밀성도 극대화시킬 수 있으면서 인서트 성형용 스틸을 금형에 안착시킬 때 가이드핀이 금형과 간섭되지 않게 구성하여 고정성 및 조립작업의 편의성을 더욱 더 향상시키면서 수지흐름성을 좋게 하여 수지시트와 스틸플레이트 간의 접합강도를 더욱 증대시켜 강성을 높인 전기자동차용 하이브리드 배터리 모듈 커버 및 인서트 성형법을 이용한 그 제조방법을 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, SMC로 가압성형된 상부커버; 다수의 사각형 구멍이 천공된 스틸플레이트가 골격을 이루도록 두 장의 SMC 사이에 배치된 상태에서 가압성형되어 인서트 성형된 하부커버;를 포함하고, 상부커버와 하부커버 사이에 배터리 모듈이 설치된 상태에서 상호 조립된 것을 특징으로 하는 전기자동차용 하이브리드 배터리 모듈 커버에 있어서; 상기 스틸플레이트를 인서트 성형할 때 조립성과 정확성을 높이도록, 상기 스틸플레이트의 둘레에 간격을 두고 상향돌출된 후 수평 절곡된 다수의 브라켓을 구비하고, 상기 브라켓의 수평 절곡부에는 상하로 관통된 관통홀을 형성하며, 상기 관통홀에는 가이드핀을 삽입하여, 상기 스틸플레이트가 금형에 안착될 때 금형 외측에서 위치 고정될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 전기자동차용 하이브리드 배터리 모듈 커버를 제공한다.

이때, 상기 브라켓의 상향돌출부인 브라켓의 측면에는 수지흐름성 개선용 홀이 더 형성된 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 가이드핀의 상단 일부는 절삭되어 턱이 형성된 것에도 그 특징이 있다.

뿐만 아니라, 상기 스틸플레이트를 SMC에 인서트 성형하여 하부커버를 만드는 금형 중 하형의 중앙부에는 성형시 상기 스틸플레이트의 유동을 방지하도록 상향 돌출된 유동방지돌부가 더 형성된 것에도 그 특징이 있다.

또한, 본 발명은 SMC로 상부커버를 가압성형하는 단계; 다수의 사각형 구멍이 천공된 스틸플레이트를 만드는 단계; 두 장의 SMC 사이에 스틸플레이트를 배치하고 가압시켜 인서트성형하여 스틸플레이트가 골격을 이룬 하부커버를 만드는 단계; 상부커버와 하부커버 사이에 배터리 모듈을 배치하고 상호 조립하여 배터리 모듈을 만드는 단계;를 포함하는 전기자동차용 하이브리드 배터리 모듈 커버 제조방법에 있어서; 상기 하부커버를 만드는 단계에서, 스틸플레이트의 둘레를 따라 형성된 브라켓을 가이드핀으로 미리 고정함과 동시에 브라켓의 수직면 상에 형성된 수지흐름성 개선용 홀을 통해 수지를 흘려 유동성을 증대시킨 상태로 성형하는 것을 특징으로 하는 인서트 성형법을 이용한 전기자동차용 하이브리드 배터리 모듈 커버 제조방법도 제공한다.

본 발명에 따르면, 경량화가 가능하고, 수밀성이 향상되며, 강도가 우수하여 외부충격으로부터 배터리 모듈을 충분히 보호할 수 있고, 제조공정이 간소화되어 원가절감, 생산성 형상에 기여하며, 별도의 방청 도장 공정을 거치지 않아도 되는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 스틸플레이트를 인서트 성형하기 위해 금형에 안착시킬 때 금형과 간섭되지 않게 가이드핀을 고정함으로써 고정작업의 편의성, 정확한 위치에 쉽고 빠르게 고정할 수 있는 장점도 얻을 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 전기자동차용 배터리 모듈 커버의 예시적인 성형예를 보인 예시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 모듈 커버의 예시적인 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 모듈 커버의 제조예를 보인 예시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 모듈 커버의 요부 구성을 보인 예시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 모듈 커버의 수밀 구조를 보인 예시도이다.
도 6 내지 도 7은 본 발명에 따른 인서트 성형용 스틸플레이트의 예시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 인서트 성형용 금형 중 하형의 예시도이다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리 모듈 커버는 상부커버(100)와 하부커버(200)로 각각 제조된 후 서로 조립되어 하나의 커버체(C)를 이루도록 구성되며, 이때 이들 사이의 내부 공간에 배터리 모듈(미도시)이 내장된다.

특히, 본 발명에서는 기존과 달리 상기 커버체를 구성하는 상부커버(100)와 하부커버(200)가 스틸이 아닌 열경화성 유리섬유 강화 복합소재, 바람직하기로는 SMC(Sheet Moulding Compound)로 제조될 수 있다.

이는 성형 자유도가 높기 때문에 성형성이 좋아 가공하기 쉽고, 중량을 기존 대비 현격히 낮출 수 있는 장점을 가지며, 두께도 마음대로 조절할 수 있다.

하지만, 기존 스틸로 제조되던 것에 비해 커버체(C)의 강도가 약하여 외부 충격으로부터 배터리 모듈을 보호하는 기능을 충실히 수행하지 못할 수도 있다.

이를 해결하기 위해, 본 발명에서는 특히 외부충격 가능성이 매우 큰 하부커버(200)를 스틸과 SMC 일체 가공형태로 구현하였으며, 이는 본 발명에서 아주 중요한 특징중 하나를 구성한다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 먼저 스틸플레이트(S1)를 하부커버(200)의 설계 사양에 맞게 펀칭하여 골격, 즉 프레임으로 가공한다.

그러면, 강도는 높이면서 중량을 줄일 수 있게 된다.

뿐만 아니라, 스틸플레이트(S1)가 들어가기 때문에 커버체(C)를 차체에 그라운드(Ground)시킬 수 있어 접지 효과도 거둘 수 있다.

이렇게 스틸플레이트(S1)로 된 프레임이 가공되면, 제1 SMC(S2)를 깔고, 그 상면에 상기 스틸플레이트(S1)를 올려 놓은 후 다시 제2 SMC(미도시)를 스틸플레이트(S1) 상부에 올려 놓는다.

이 상태에서, 가압 성형하게 되면 제1,2 SMC가 서로 합쳐지면서 상기 스틸플레이트(S1)가 제1,2 SMC 사이에 인서트된 상태로 도 3과 같은 하부커버(200)로 성형되게 된다.

따라서, 커버체(C)의 일 구성을 이루는 하부커버(200)가 스틸플레이트와 SMC 두 소재가 하이브리드 형태로 제조되게 되므로 강도는 향상되고, 중량은 줄어드는 장점을 얻게 된다.

다만, SMC의 경우 열경화성 유리섬유 강화 복합소재이기 때문에 가압성형하는 수단인 프레스가 상하로만 움직이는 성형특성상 형상물, 특히 측벽을 모두 한꺼번에 형성하기 어렵다는 단점이 있다.

이를 해결하기 위해, 도 4에 도시된 바와 같이, 하부커버(200)의 일측벽을 개방부(210)로 가공하고, 이 개방부(210)에 별도로 성형된 격벽부재(220)를 조립하는 형태로 구성할 수 있다.

이 경우, 상기 격벽부재(220)는 스틸로 제조될 수 있고, 또한 SMC로 제조될 수도 있다. 다만, 이미 경량화가 이루어진 상태이므로 강도 보강 차원에서 스틸로 제조됨이 바람직하다.

뿐만 아니라, 상기 격벽부재(220)는 상기 하부커버(200)의 테두리에 끼워지는 형태로 조립되게 구성될 수도 있고, 기타 공지의 고정수단을 통해 긴밀히 조립 고정되는 형태를 가질 수 있다.

이에 더하여, 본 발명에서는 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 스틸플레이트(S1)는 그 둘레에 간격을 두고 다수 형성된 브라켓(B)과, 상기 브라켓(B)을 상하로 관통하여 형성된 관통홀(H)을 포함한다.

이때, 상기 브라켓(B)은 기존처럼 금형 내부가 아닌 금형 외부로 노출된 상태로 구비되어 금형의 외측면에서 관통홀(H)을 통해 가이드핀(P)이 체결되므로 금형 내부 간섭현상이 없어져 금형의 수명을 연장시키고 성형성을 높이게 된다.

따라서, 상기 스틸플레이트(S1)를 인서트 성형하기 위해 금형에 안착시킬 때 상기 브라켓(B)의 관통홀(H)에 가이드핀(P)을 끼워 넣은 후 판상의 스틸플레이트(S1), 즉 인서트 성형용 스틸 플레이트를 금형에 안착시키면 설치 위치를 정확하게 잡아주기 때문에 위치 설정 및 고정이 쉽고 빠르게 이루어지며, 정확한 위치에서 정교한 인서트 성형이 가능하도록 하여 준다.

특히, 상기 가이드핀(P)의 상단에는 성형시 수지의 침투를 차단하도록 턱(D)이 형성되어 있고, 하단은 볼트 체결되는 형태로 구성함으로써 사용상 편의성을 높이면서 성형 간섭을 극소화시키도록 구성된다.

뿐만 아니라, 도 7과 같이, 상기 스틸플레이트(S1)의 브라켓(B) 측면에는 홀(T)이 형성되어 있어 성형시 수지흐름성을 좋게 하여 성형성을 좋게 하고 효율화, 불량 감소를 유도하는 효과를 얻게 된다.

나아가, 도 8과 같이, 본 발명에서는 하형의 중앙 일부를 돌출시켜 유동방지돌부(D)를 구성함으로써 인서트 성형시 스틸플레이트(S1)의 하단면과 접촉압력 증대를 유도하고, 이를 통해 성형시 스틸플레이트(S1)가 최대한 유동되지 않도록 제한하게 되어 기존 대비 접합성을 극대화시키게 된다.

아울러, 도 4에서와 같이 상기 하부커버(200)의 둘레에는 브라켓(230)을 돌출되게 일체로 성형하고, 이 브라켓(230)에 인서트너트(240)를 고정하여 배터리 모듈을 설치하게 함으로써 배터리 모듈이 보다 더 안정적으로 고정될 수 있도록 구성할 수 있다.

나아가, 도 5에서와 같이, 본 발명에서는 기존 스틸 커버체와 달리 수밀성 유지를 위해 별도의 패킹을 사용하지 않고도 긴밀한 밀폐력, 즉 우수한 수밀성을 제공할 수 있다.

예컨대, 도 5에서와 같이, 하부커버(200)의 테두리, 즉 플랜지(F)의 폭 선,후에서 상향 돌출된 리브(Rib) 형태의 제1 밀폐돌기(250)와 제2 밀폐돌기(260)를 각각 형성하는 형태로 우수한 수밀성을 확보할 수 있다.

이러한 구조에 따라 상부커버(100)가 덮혔을 때 제1 밀폐돌기(250)가 1차적으로 수밀기능을 수행하고, 상기 제2 밀폐돌기(260)가 2차적으로 수밀기능을 수행하게 된다.

특히, 이들 커버체(C)들은 모두 SMC로 제작된 것이므로 기존 스틸일 때 보다 조금이나마 신축성을 갖기 때문에 씰링성은 더욱 배가된다.

더 나아가, 이들 제1,2 밀폐돌기(250,260) 사이의 공간을 EPDM 소재의 가스켓으로 더 밀폐하면 수밀성은 더욱 더 극대화될 것으로 기대된다.

여기에서, 기존 스틸재의 경우는 이러한 제1,2 밀폐돌기의 구조를 갖출 수 없었는데, 이는 스틸의 경우 리브 형상을 만들기 위해서는 포밍해야 하는데, 포밍의 경우 폭이 좁은 리브 형상을 가공하기가 무척 어렵고 까다로운 한계를 가진다. 때문에, 스틸재의 경우 사실상 불가능했던 구조를 본 발명에서는 구현할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 기존 스틸 소재의 전기자동차용 배터리 모듈 커버를 SMC 소재로 완전히 대체하되 단순히 대체한 것이 아니라, 강도 측면, 중량 측면, 조립성 측면, 접지, 수밀성을 모두 고려하여 완전히 새로운 개념을 도입함으로써 종래 문제를 명쾌히 해결할 수 있었다.

100 : 상부커버 200 : 하부커버
210 : 개방부 220 : 격벽부재
230 : 브라켓 240 : 인서트너트
250 : 제1 밀폐돌기 260 : 제2 밀폐돌기
B : 브라켓 D: 턱
H : 관통홀 P : 가이드핀
T : 홀

Claims (5)

1. SMC로 가압성형된 상부커버; 다수의 사각형 구멍이 천공된 스틸플레이트가 골격을 이루도록 두 장의 SMC 사이에 배치된 상태에서 가압성형되어 인서트 성형된 하부커버;를 포함하고, 상부커버와 하부커버 사이에 배터리 모듈이 설치된 상태에서 상호 조립된 것을 특징으로 하는 전기자동차용 하이브리드 배터리 모듈 커버에 있어서;
   상기 스틸플레이트를 인서트 성형할 때 조립성과 정확성을 높이도록, 상기 스틸플레이트의 둘레에 간격을 두고 상향돌출된 후 수평 절곡된 다수의 브라켓을 구비하고,
   상기 브라켓의 수평 절곡부에는 상하로 관통된 관통홀을 형성하며,
   상기 관통홀에는 가이드핀을 삽입하여,
   상기 스틸플레이트가 금형에 안착될 때 금형 외측에서 위치 고정될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 전기자동차용 하이브리드 배터리 모듈 커버.
   
2. 청구항 1에 있어서;
   상기 브라켓의 상향돌출부인 브라켓의 측면에는 수지흐름성 개선용 홀이 더 형성된 것을 특징으로 하는 전기자동차용 하이브리드 배터리 모듈 커버.
   
3. 청구항 1에 있어서;
   상기 가이드핀의 상단 일부는 절삭되어 턱이 형성된 것을 특징으로 하는 전기자동차용 하이브리드 배터리 모듈 커버.
   
4. 청구항 1에 있어서;
   상기 스틸플레이트를 SMC에 인서트 성형하여 하부커버를 만드는 금형 중 하형의 중앙부에는 성형시 상기 스틸플레이트의 유동을 방지하도록 상향 돌출된 유동방지돌부가 더 형성된 것을 특징으로 하는 전기자동차용 하이브리드 배터리 모듈 커버.
   
5. SMC로 상부커버를 가압성형하는 단계; 다수의 사각형 구멍이 천공된 스틸플레이트를 만드는 단계; 두 장의 SMC 사이에 스틸플레이트를 배치하고 가압시켜 인서트성형하여 스틸플레이트가 골격을 이룬 하부커버를 만드는 단계; 상부커버와 하부커버 사이에 배터리 모듈을 배치하고 상호 조립하여 배터리 모듈을 만드는 단계;를 포함하는 전기자동차용 하이브리드 배터리 모듈 커버 제조방법에 있어서;
   상기 하부커버를 만드는 단계에서, 스틸플레이트의 둘레를 따라 형성된 브라켓을 가이드핀으로 미리 고정함과 동시에 브라켓의 수직면 상에 형성된 수지흐름성 개선용 홀을 통해 수지를 흘려 유동성을 증대시킨 상태로 성형하는 것을 특징으로 하는 인서트 성형법을 이용한 전기자동차용 하이브리드 배터리 모듈 커버 제조방법.

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