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KR102478939B1 - 전기자동차용 배터리셀 커버 및 이의 제조방법 - Google Patents

전기자동차용 배터리셀 커버 및 이의 제조방법 Download PDF

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KR102478939B1
KR102478939B1 KR1020210108969A KR20210108969A KR102478939B1 KR 102478939 B1 KR102478939 B1 KR 102478939B1 KR 1020210108969 A KR1020210108969 A KR 1020210108969A KR 20210108969 A KR20210108969 A KR 20210108969A KR 102478939 B1 KR102478939 B1 KR 102478939B1
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KR
South Korea
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battery cell
electric vehicle
manufacturing
cell cover
long side
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이정민
이찬주
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한국생산기술연구원
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 배터리셀 커버의 제조방법은, 금속판재를 예비성형하는 단계 및 예비성형된 상기 금속판재를 가압하여 수용부를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 예비성형하는 단계는, 상기 금속판재를 U자 형상으로 성형함으로써 상기 금속판재의 장변부 방향으로 인장력을 가하여, 장변부 중 적어도 일부에 잔류응력을 형성시킬 수 있다.

Description

전기자동차용 배터리셀 커버 및 이의 제조방법{BATTERY CELL COVER FOR ELECTRIC VEHICLE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 전기자동차용 배터리셀 커버 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
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.
일반적으로 전기자동차에 사용되는 배터리는 모듈화 되어 있는데, 배터리 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 충격이나 열 및 진동 등으로부터 보호하기 위해 커버로 밀폐될 수 있다.
이러한 배터리셀을 제조하기위해 알루미늄 판재를 금형에 고정시켜 펀치로 가압하는 드로잉(Drawing) 공정을 통해 사각의 형태를 갖도록 성형하고, 제품의 형상이나 치수를 정확히 하기 위해 드로잉 성형한 부분을 다시 가압하는 리스트라이킹(Restriking) 공정을 진행할 수 있다. 이후 트리밍(Trimming) 공정, 폼(Form) 공정 및 플랜지(Flange) 공정 등을 통해 배터리셀 커버를 제조할 수 있다.
그러나, 이러한 종래의 배터리셀 제조방법은 드로잉 공정 시 판재의 변형이 모서리부 근처에 집중되어 국부적으로 약간의 두께 변화와 응력분포가 잔류하게 되는데 넓은 사각형 배터리셀 형상에 모서리부에만 집중된 이러한 불균일한 응력분포는 최종 제품 성형후 뒤틀림 및 스프링백(Spring-Back)이 발생시킬 수 있다.
특히, 판재 두께가 얇아지거나 세장비(가로세로비)가 클수록 모서리부의 변형 및 응력 편중이 증가하는데 최근 차량 경량화에 대한 요구가 증가함에 따라 사용되는 원소재 두께가 더욱 얇아지면서 배터리셀 부품의 뒤틀림이나 스프링백 현상이 더 심화되는 문제점이 있었다.
본 발명의 일 실시예는, 모서리부에서의 변형 및 응력 편중을 방지하여 뒤틀림 및 스프링백을 저감시킬 수 있는 전기자동차용 배터리셀 커버 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 배터리셀 커버의 제조방법은, 금속판재를 예비성형하는 단계 및 예비성형된 상기 금속판재를 가압하여 수용부를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 예비성형하는 단계는, 상기 금속판재를 U자 형상으로 성형함으로써 상기 금속판재의 장변부 방향으로 인장력을 가하여, 장변부 중 적어도 일부에 잔류응력을 형성시킬 수 있다.
상기 수용부를 형성하는 단계는, 상기 장변부에 잔류응력이 존재하는 부위를 변형시킴에 따라, 상기 장변부에 잔류응력을 가중시킬 수 있다.
상기 수용부를 형성하는 단계 이후에, 상기 수용부를 제외한 나머지부분 중 적어도 일부를 절단하여 테두리부를 형성하는 트리밍 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 트리밍 단계 이후에, 상기 테두리부를 절곡하여 플랜지부를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 플랜지부를 형성하는 단계 이전에, 상기 테두리부의 끝단을 소정 각도로 구부려 절곡부를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 절곡부를 형성하는 단계는, 상기 테두리부의 장변부를 구부려 변형시킴에 따라, 상기 장변부에 잔류응력을 가중시킬 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전기자동차용 배터리셀 커버는, 전술한 제조방법에 따라 제조될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 배터리셀 커버 및 이의 제조방법은, 배터리셀 커버 장변부의 구조적인 형상변화 없이 예비성형 단계를 통해 잔류응력을 분포시킴으로써, 모서리부에서의 변형 및 응력 편중을 방지하고 전체적인 응력차를 완화하여 뒤틀림 및 스프링백을 저감시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기자동차용 배터리셀 커버의 제조방법은 구조적인 형상변화없이 예비성형, 수용부 성형, 트리밍, 절곡부 성형, 플랜지 성형을 포함하는 일련의 잔류응력(변형, 가공경화)을 중첩시키는 과정을 통해 배터리셀의 커버의 강도와 강성을 향상시키고 뒤틀림 및 스프링백을 저감시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 배터리셀 커버의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 배터리셀 커버의 제조방법의 순서도이다.
도 3 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 배터리셀 커버의 제조방법에 따른 공정을 나타낸 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 배터리셀 커버의 제조방법에 따른 공정을 나타낸 측단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참고부호를 붙였다.
본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 배터리셀 커버의 사시도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 배터리셀 커버(1)는 테두리부(40), 수용부(30), 비드(33), 플랜지부(60) 및 절곡부(50)를 포함할 수 있다.
이러한 배터리셀 커버(1)는 한 쌍으로 형성되어 서로 마주보게 배치되고, 한 쌍의 배터리셀 커버(1)가 상호접합되어 테두리부(40) 및 수용부(30)에 의해 형성되는 내부공간에 배터리셀(미도시)이 배치될 수 있다. 이때, 배터리셀 커버(1)는 가로방향 및 세로방향의 길이가 상이한 직사각형태일 수 있다.
테두리부(40)는 수용부(30)의 외곽을 따라 수평방향으로 연장되는 판 형상이다. 이때, 테두리부(40)의 외곽은 한 쌍의 장변부 및 한 쌍의 단변부로 이루어질 수 있다. 또한, 테두리부(40)의 단부에는 테두리부(40)의 연장방향과 수직한 방향으로 절곡된 플랜지부(60)가 형성될 수 있다.
수용부(30)는 하방으로 오목하게 형성되어 배터리셀을 수용하기위한 공간을 제공할 수 있다. 예를 들어, 이러한 수용부(30)는 바닥면이 편평하게 형성될 수 있다. 이에 따라, 수용부(30)의 바닥면에는 배터리셀이 안착될 수 있다.
비드(33)는 수용부(30)의 바닥면에 오목하거나 볼록하게 형성될 수 있다. 예를 들어, 비드(33)는 장변부의 길이방향을 따라 연장형성되며, 복수개가 이격 배치될 수 있다.
플랜지부(60)는 테두리부(40)의 단부에 형성되며, 테두리부(40)의 연장방향과 수직한 방향으로 절곡형성될 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 전기자동차용 배터리셀 커버(1)는 각각의 플랜지부(60)를 접촉시켜 용접 또는 나사 등과 같은 고정구에 의해 고정되도록 할 수 있다.
절곡부(50)는 플랜지부(60)의 단부에 소정각도로 절곡 형성될 수 있다. 예를 들어, 절곡부(50)는 한 쌍의 플랜지부(60)가 서로 마주보는 방향으로 경사지게 형성될 수 있다. 다른 예로, 절곡부(50)는 플랜지부(60)에 대해 45도 각도로 경사지게 형성될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 배터리셀 커버의 제조방법의 순서도이고, 도 3 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 배터리셀 커버의 제조방법에 따른 공정을 나타낸 사시도이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 배터리셀 커버의 제조방법에 따른 공정을 나타낸 측단면도이다.
이어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 배터리셀 커버 제조방법을 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 배터리셀 커버의 제조방법은 예비성형 하는 단계(S10), 수용부를 형성하는 단계(S20), 트리밍 단계(S30), 절곡부를 형성하는 단계(S40) 및 플랜지부를 형성하는 단계(S50)를 포함할 수 있다.
먼저, 도 3과 도 8(a) 및 도 8(b)에 도시된 바와 같이, 금속판재를 예비성형하는 단계(S10)를 수행할 수 있다.
금속판재(10)는 한 쌍의 단변 및 한 쌍의 장변으로 이루어지는 직사각형 형태로써, 한 쌍의 장변측에 형성된 장변부(11)는 제1 금형부(100)에 의해 고정될 수 있다. 또한, 금속판재(10)는 알루미늄소재의 박판일 수 있다.
제1 금형부(100)는 제1 다이(110), 제1 홀더(120) 및 제1 펀치(130)를 포함할 수 있다. 제1 홀더(120)와 제1 다이(110) 사이에 직사각형의 금속판재(10)가 위치하고 장변부(11)만 고정될 수 있다.
이후, 제1 펀치(130)가 움직이면서 제1 다이(110)의 깊이만큼 금속판재(10)를 바닥이 넓은 U자 형상으로 벤딩 성형할 수 있다.
예를 들어, 제1 펀치(130)는 금속판재(10)를 가압하면서 제1 다이(110) 내에 소정의 깊이를 갖는 제1 성형공간부(112)로 삽입되고, 이에 따라 금속판재(10)는 제1 성형공간부(112) 및 제1 펀치(130)의 형상을 따라 변형되어 바닥이 넓은 U자 형상으로 벤딩 성형될 수 있다.
이때 금속판재(10)의 변형은 대부분 장변부(11)에서만 발생하고 이로 인해 장변부(11)에 잔류응력이 형성될 수 있다.
이후, 도 4 및 도 8(c)에 도시된 바와 같이, 수용부를 형성하는 단계(S20)를 수행할 수 있다.
제2 금형부(100)는 제2 다이(210), 제2 홀더(220) 및 제2 펀치(230)를 포함할 수 있다. 제2 홀더(220)와 제2 다이(210) 사이에 U자 형상으로 예비성형된 금속판재(10)가 위치할 수 있다.
예를 들어, 제2 다이(210)는 내부에 오목하게 형성되는 안착부(211) 및 안착부(211)보다 더 오목하게 형성되는 제2 성형공간부(212)가 형성될 수 있다.
다른 예로, 제2 다이(210)는 제2 성형공간부(212) 일면에 오목하거나 볼록한 형태의 비드형성부(213)가 형성되고, 제2 펀치(230)는 일면에 비드형성부(213)와 대응되는 대응형성부(233)가 형성될 수 있다.
이 때, 제2 펀치(230) 형상을 제외한 금속판재(10)의 U자 형상의 안착부(211) 둘레 전체가 제2 홀더(220)와 제2 다이(210)의 안착부(211)에 의해 가압되면서 판재의 장변과 단변이 모두 고정된다.
이후 제2 펀치(230)가 움직이면서 비드(33)를 포함한 수용부(30) 형상을 만들기 위한 드로잉(Drawing) 성형이 수행될 수 있다.
예를 들어, 제2 펀치(230)는 예비성형된 금속판재(10)를 가압하면서 제2 다이(210) 내에 형성된 제2 성형공간부(212)로 삽입되고, 이에 따라 금속판재(10)는 제2 펀치(230) 및 제2 성형공간부(212)의 형상을 따라 변형되어 오목한 형태의 수용부(30)가 형성될 수 있다. 또한, 수용부(30)는 비드형성부(213) 및 대응형성부(233)에 의해 가압되면서 바닥면에 비드(33)가 형성될 수 있다.
비드(33)는 장변 방향으로 길게 형성되며, 이러한 형상은 최종 배터리셀 커버의 뒤틀림을 방지하고 평탄도를 향상시키기 위해 강성확보용으로 추가한 것으로 비드의 형상과 개수는 다양하게 변할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법은 금속판재를 예비 성형함에 따라 장변부에 잔류응력(가공경화, 변형)을 형성시키고, 추가로 금속판재를 드로잉 성형함으로써 수용부의 장변부 잔류응력(가공경화, 변형)을 가중시킴으로써 실질적으로 장변부의 강도와 강성이 향상되는 효과를 나타낼 수 있다.
이러한 잔류응력(가공경화, 변형)을 중첩시키는 제조방법은 배터리셀 커버의 형상변화 없이 강성을 향상시켜 제품의 뒤틀림 및 스프링백을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.
이후, 도 5 및 도 8(d)에 도시된 바와 같이, 트리밍 단계(S30)를 수행할 수 있다.
구체적으로, 금속판재(10)에서 수용부(30)를 제외한 나머지 부분 중 적어도 일부를 절단할 수 있다. 이때, 도 5 및 도 8(d)에 도시된 바와 같이 T선을 기준으로 금속판재(10)의 절단이 이루어질 수 있다. 예를 들어, T선은 수용부(30)의 외곽과 인접하게 위치하고, 수용부(30)의 외곽 둘레방향과 대응되게 형성될 수 있다.
상기와 같이 금속판재(10)를 트리밍(Trimming)함에 따라, 수용부(30)와 연결되어 있는 잔여부분이 테두리부(40)를 형성할 수 있다.
이후, 도 6 및 도 8(e)에 도시된 바와 같이, 절곡부를 형성하는 단계(S40)를 수행할 수 있다.
제3 금형부(300)는 제3 다이(310), 제3 홀더(320) 및 제3 펀치(330)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 금속판재(10)는 제3 다이(310) 및 제3 홀더(320) 사이에 배치될 수 있다. 이때, 테두리부(40)의 끝단이 제3 펀치(330)에 의해 가압되면서 구부러질 수 있다.
이에 따라 테두리부 끝단에 소정의 각도로 구부러진 절곡부(50)를 형성할 수 있다. 이러한 절곡부(50)는 배터리셀 커버간 결합이 이루어질 수 있도록 한다.
이후, 도 7 및 도 8(f)에 도시된 바와 같이, 플랜지부를 형성하는 단계(S50)를 수행할 수 있다.
제4 금형부(500)는 제4 다이(410), 제4 홀더(420) 및 제4 펀치(430)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 전술한 수용부 형성, 트리밍, 절곡부 형성 단계를 거친 금속판재(20)는 제4 다이(410) 및 제4 홀더(420) 사이에 배치될 수 있다. 구체적으로, 금속판재(20)의 수용부(30) 및 테두리부(40)의 적어도 일부분이 제4 다이(410) 및 제4 홀더(420) 사이에 배치될 수 있다.
이때, 제4 펀치(430)를 상부로 이동시킴에 따라 테두리부(40)의 장변측이 구부러지면서 L자로 플랜지 성형될 수 있다. 이에 따라 테두리부(40)와 수직하게 구부러진 플랜지부(60)가 형성될 수 있다.
상기의 제조방법을 통해 도 1 및 도 8(g)에 도시된 바와 같이 수용부(30), 비드(33), 플랜지부(60) 및 절곡부(50)를 포함하여 복잡한 형상으로 형성되며 얇은 두께를 갖는 전기자동차용 배터리셀 커버(1)가 제조될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기자동차용 배터리셀 커버의 제조방법은 구조적인 형상 변화없이 배터리셀 커버의 양쪽 장변부에 두 번의 공정을 통해 잔류응력(변형, 가공경화)을 중첩시킴으로써 전반적인 강도와 강성을 향상시켜 제품의 뒤틀림 및 스프링 백을 저감시킬 수 있는 현저한 효과가 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
1: 전기자동차용 배터리셀 커버
10,20: 금속판재 11: 장변부
30: 수용부 33: 비드
40: 테두리부 50: 절곡부
60: 플랜지부
100: 제1 금형부 110: 제1 다이
112: 제1 성형공간부 120: 제1 홀더
130: 제1 펀치
200: 제2 금형부 210: 제2 다이
211: 안착부 212: 제2 성형공간부
213: 비드형성부 220: 제2 홀더
230: 제2 펀치 233: 대응형성부
300: 제3 금형부 310: 제3 다이
320: 제3 홀더 330: 제3 펀치
400: 제4 금형부 410: 제4 다이
420: 제4 홀더 430: 제4 펀치

Claims (7)

  1. 금속판재를 예비성형하는 단계;
    예비성형된 상기 금속판재를 가압하여 수용부를 형성하는 단계;
    상기 수용부를 제외한 나머지부분 중 적어도 일부를 절단하여 테두리부를 형성하는 트리밍 단계; 및
    상기 테두리부를 절곡하여 플랜지부를 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 예비성형하는 단계는,
    상기 금속판재를 U자 형상으로 성형함으로써 상기 금속판재의 장변부 방향으로 인장력을 가하여, 장변부 중 적어도 일부에 잔류응력을 형성시키는 전기자동차용 배터리셀 커버의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수용부를 형성하는 단계는,
    상기 장변부에 잔류응력이 존재하는 부위를 변형시킴에 따라, 상기 장변부에 잔류응력을 가중시키는 전기자동차용 배터리셀 커버의 제조방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 플랜지부를 형상하는 단계 이전에,
    상기 테두리부의 끝단을 소정 각도로 구부려 절곡부를 형성하는 단계를 더 포함하는 전기자동차용 배터리셀 커버의 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 절곡부를 형성하는 단계는,
    상기 테두리부의 장변부를 구부려 변형시킴에 따라, 상기 장변부에 잔류응력을 가중시키는 전기자동차용 배터리셀 커버의 제조방법.
  7. 제 1 항, 제 2 항, 제 5 항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 따른 제조방법으로 제조된 전기자동차용 배터리셀 커버.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20140104538A (ko) * 2013-02-18 2014-08-29 주식회사 엘지화학 이차전지용 전지케이스
KR101855929B1 (ko) * 2018-02-14 2018-05-09 주식회사 코디마 오일팬 등 용기형상제품의 제작방법

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