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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-04-18
(54)【発明の名称】バッテリケースのサイドフレーム
(51)【国際特許分類】
H01M 50/242 20210101AFI20240411BHJP
H01M 50/233 20210101ALI20240411BHJP
【ＦＩ】
H01M50/242
H01M50/233
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023569732
(86)(22)【出願日】2022-05-27
(85)【翻訳文提出日】2023-11-09
(86)【国際出願番号】 KR2022007582
(87)【国際公開番号】W WO2022255739
(87)【国際公開日】2022-12-08
(31)【優先権主張番号】10-2021-0070559
(32)【優先日】2021-06-01
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】522492576
【氏名又は名称】ポスコ カンパニー リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100083806
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 秀和
(74)【代理人】
【識別番号】100111235
【弁理士】
【氏名又は名称】原 裕子
(74)【代理人】
【識別番号】100195257
【弁理士】
【氏名又は名称】大渕 一志
(72)【発明者】
【氏名】ジュン、 チャン－ギュン
(72)【発明者】
【氏名】パク、 ジェ－ホン
(72)【発明者】
【氏名】チャ、 ミュン―ファン
(72)【発明者】
【氏名】ウィー、 サン－クォン
【テーマコード（参考）】
5H040
【Ｆターム（参考）】
5H040AA03
5H040AA37
5H040AS04
5H040AY05
5H040AY10
5H040CC05
5H040JJ02
5H040JJ03
5H040NN00
(57)【要約】
本発明は、外部衝撃からバッテリセルを十分に保護しながら軽量化とコスト削減を同時に達成できるとともに、溶接部を著しく低減して溶接部の欠陥を根本的に解決することができるバッテリケースのサイドフレームに関するものであって、これは、開放断面を有するように形成された第１フレーム部、及び上記第１フレーム部内において上記第１フレーム部の開放断面を閉鎖するように配置されて上記第１フレーム部に結合された第２フレーム部を含み、上記第１フレーム部と上記第２フレーム部は異なる材質で形成され、上記第１フレーム部と上記第２フレーム部の各コーナー部は曲げ成形されることができる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
開放断面を有するように形成された第１フレーム部と、前記第１フレーム部内において前記第１フレーム部の開放断面を閉鎖するように配置され、前記第１フレーム部に結合された第２フレーム部と
を含み、
前記第１フレーム部と前記第２フレーム部とは異なる材質で形成され、
前記第１フレーム部と前記第２フレーム部の各コーナー部は、曲げ成形される、バッテリケースのサイドフレーム。
【請求項2】
前記第１フレーム部は、第１高さを有する第１縦部材と、
前記第１縦部材から第１長さだけ離隔し、前記第１高さよりも短い第２高さを有する第２縦部材と、
前記第２縦部材から高さ方向に離隔しながら前記第１縦部材から第２長さだけ離隔し、前記第１高さよりも短い第３高さを有する第３縦部材と、
前記第１縦部材の一端と前記第２縦部材の一端とを連結する第１横部材と、
前記第１縦部材の他端と前記第３縦部材の一端とを連結する第２横部材と、
前記第２縦部材の他端に一端が連結されて第３長さだけ幅方向に延長した第３横部材と、
前記第３縦部材の他端に一端が連結されて第４長さだけ幅方向に延長した第４横部材と
を含み、
前記第３横部材の他端と前記第４横部材の他端との間に開放部が形成される、請求項１に記載のバッテリケースのサイドフレーム。
【請求項3】
前記第１フレーム部は、前記第１高さを有する壁部と、
前記壁部から幅方向の一側に前記第３長さ又は前記第４長さだけ延長した突出部と
を含み、
前記突出部の一側に前記開放部が形成される、請求項２に記載のバッテリケースのサイドフレーム。
【請求項4】
前記第２フレーム部は、前記第１フレーム部内において少なくとも突出部に配置され、前記開放部を閉鎖する、請求項３に記載のバッテリケースのサイドフレーム。
【請求項5】
前記第２フレーム部は、前記第１フレーム部内において固定具による機械的接合又は接着剤による化学的接合によって結合する、請求項４に記載のバッテリケースのサイドフレーム。
【請求項6】
前記第１フレーム部のコーナー部には、曲げ成形のためのノッチ部が形成される、請求項１に記載のバッテリケースのサイドフレーム。
【請求項7】
前記第２フレーム部は、高さ方向に互いに離隔した第１横方向部材及び第２横方向部材と、
幅方向に互いに離隔し、前記第１横方向部材と前記第２横方向部材とを連結する第１縦方向部材及び第２縦方向部材と
を含む、請求項１に記載のバッテリケースのサイドフレーム。
【請求項8】
前記第１横方向部材及び前記第２横方向部材の厚さは、前記第１縦方向部材及び前記第２縦方向部材の厚さよりも厚く形成される、請求項７に記載のバッテリケースのサイドフレーム。
【請求項9】
前記第１横方向部材及び前記第２横方向部材は、前記第１フレーム部よりも厚い厚さを有する、請求項７に記載のバッテリケースのサイドフレーム。
【請求項10】
前記第２フレーム部は、前記第１横方向部材と前記第２横方向部材との間に補強縦方向部材をさらに含む、請求項７に記載のバッテリケースのサイドフレーム。
【請求項11】
前記第１横方向部材及び前記第２横方向部材は、前記第１縦方向部材と前記第２縦方向部材との間の距離よりも延長した延長部を形成する、請求項７に記載のバッテリケースのサイドフレーム。
【請求項12】
前記第２フレーム部は、前記第１フレーム部よりも比重の低い材質で作製される、請求項１から１１のいずれか一項に記載のバッテリケースのサイドフレーム。
【請求項13】
前記第２フレーム部は、前記第１フレーム部よりも高い比強度を有する材質で作製される、請求項１から１１のいずれか一項に記載のバッテリケースのサイドフレーム。
【請求項14】
前記第１フレーム部は単一板材を折り曲げて成形され、前記第２フレーム部は押出により形成される、請求項１から１１のいずれか一項に記載のバッテリケースのサイドフレーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、外部衝撃からバッテリセルを十分に保護しつつ、単一材質に比べて軽量化とコスト削減を同時に達成できるとともに、溶接部を著しく低減して溶接部の欠陥を根本的に解決することができるように、異種材質からなるバッテリケースのサイドフレームに関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、電気自動車に使用されるバッテリシステムは、内部のバッテリセルを保護するために様々な耐力部材を使用する。
【0003】
代表的な例はバッテリケースのサイドフレームであって、サイドフレームは、バッテリケースにおいてバッテリセルが搭載される空間を区画する側壁を構成しながらバッテリセルを囲み、外部衝撃からバッテリセルを保護する。
【0004】
また、サイドフレームは、バッテリケースを車体に固定するのに必要なマウントフレーム（Ｍｏｕｎｔｉｎｇ Ｆｒａｍｅ）を側面に装着可能にする。
【0005】
通常、サイドフレーム及びバッテリケースは、主にアルミニウム又はアルミニウム合金を用いて製造される。これは、アルミニウムがもつ材質自体の軽量性と、例えば、押出工程を用いて複雑な断面のサイドフレームを容易に作製できる成形自由度などの利点があるためである。
【0006】
しかし、アルミニウム又はアルミニウム合金は上述の利点にもかかわらず、鋼材に比べて遥かに高価であり、押出工程は生産歩留まりが非常に低いため、コストが上昇する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】韓国公開特許第２０１９－０１３１４１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明は、外部衝撃からバッテリセルを十分に保護しながら、軽量化とコスト削減を同時に達成できるとともに、溶接部を著しく低減して溶接部の欠陥を根本的に解決することができるように、異種材質からなるバッテリケースのサイドフレームを提供することにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の一実施例によるバッテリケースのサイドフレームは、開放断面を有するように形成された第１フレーム部、及び上記第１フレーム部内において上記第１フレーム部の開放断面を閉鎖するように配置され、上記第１フレーム部に結合された第２フレーム部を含み、上記第１フレーム部と上記第２フレーム部は異なる材質で形成され、上記第１フレーム部と上記第２フレーム部の各コーナー部は曲げ成形されることができる。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、サイドフレームを異種材質で形成することにより、押出材の長所と剛性材質の長所とを均一に活用でき、十分な構造剛性を発揮するだけでなく、軽量化及びコスト削減を達成できるという効果が得られる。
【0011】
また、本発明によれば、溶接部なしに曲げ成形でコーナー部を形成することにより、サイドフレームにおいて溶接部を著しく低減し、溶接部の欠陥を根本的に解決できる一方、耐衝撃性が強化されるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の一実施例によるサイドフレームが適用されたバッテリケースを示す斜視図である。
【図2】本発明の一実施例によるサイドフレームを示す斜視図である。
【図4】第１フレーム部のコーナー部を成形する段階を示す平面図である。
【図5】第２フレーム部の変形例を示す断面図である。
【図6】第２フレーム部のコーナー部を成形する段階を示す平面図である。
【図7】第１フレーム部及び第２フレーム部を組み立てる段階を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下では、例示的な図面を通じて本発明について詳細に説明する。各図面の構成要素に参照符号を付与するにあたり、同一の構成要素については、例え異なる図面上に表示されていても、可能な限り同一の符号を付していることに留意すべきである。
【0014】
図１は、本発明の一実施例によるサイドフレームが適用されたバッテリケースを示す斜視図である。
【0015】
バッテリケースは、第１ケース１と第２ケース２とを含むことができる。
【0016】
第１ケース１は、ベース板２０と、ベース板を囲むサイドフレーム１０とを含むことができる。第１ケースのベース板はバッテリセルを支持する床材として作用することができ、サイドフレームは第１ケースの側壁を構成することができる。
【0017】
ベース板２０及びサイドフレーム１０は、互いに溶接等により結合されて一体となることができる。これにより、第１ケース１は、ベース板の周囲に閉鎖断面を形成するサイドフレーム内に空間部を有することができる。
【0018】
例えば、少なくとも一つのサイドフレーム１０がベース板２０を囲むように設けられる。サイドフレームの両端部は、選択的に又は必要に応じて、対応する他のサイドフレームの当該端部に接した後に溶接などによって結合されることができる。
【0019】
第２ケース２は、単純な平板からなるか、又は中空部を有する本体３と、本体の端部に形成されたフランジ４とを含むことができる。本体が中空部を有する場合、第２ケースは、適度な強度を有する材質を、プレスを用いて所定の形状に成形することによって製造されることができる。
【0020】
第２ケース２の本体３が第１ケース１の空間部に覆い被さるようにして第１及び第２ケースが互いに結合することにより、その内部にバッテリセルを収容するための収容空間を形成することができる。
【0021】
第１及び第２ケース１、２の結合は、例えば、本体３の端部に形成されたフランジ４とサイドフレーム１０とが互いに重なった後、ボルト（図示せず）を締結することによりボルト締めによって行われることができる。
【0022】
一方、バッテリケースの性能を評価する上で側面衝突に対する評価は重要である。側面衝突に対する評価は、剛体（Ｒｉｇｉｄ Ｂｏｄｙ）からなる円柱で、バッテリケースのうち略四角形の断面を有するサイドフレームの側面に衝撃を与え、一定レベルの衝突荷重に耐えるようにすることで行われる。一定レベルの衝突荷重に達するまでサイドフレームとバッテリセルとの間の接触がないと、バッテリケースが衝突性能を満たしていると評価する。
【0023】
横面衝突に対する評価において、サイドフレームの変形モードは、衝突初期の座屈モード（Ｂｕｃｋｌｉｎｇ Ｍｏｄｅ）と衝突後期の曲げモード（Ｂｅｎｄｉｎｇ Ｍｏｄｅ）とに大別されることができる。
【0024】
衝突初期は数ミリ秒（ｍｓｅｃ）の最初の衝突時点であって、このとき、サイドフレームは、剛体との接触部位で集中変形が発生する。衝突初期には、サイドフレームの断面構造のうち幅方向（Ｙ方向）の横部材が集中的な力を受けるようになり、これにより横部材に座屈が発生すると、座屈地点が塑性ヒンジ（Ｐｌａｓｔｉｃ Ｈｉｎｇｅ）となり、横部材は構造部材としての機能を失うことになる。
【0025】
このような座屈及び塑性ヒンジの現象を最小化するために、サイドフレームを構成する素材の厚さを厚くしなければならないが、例えば、アルミニウム材は、鋼材に比べて軽いため、厚さを厚く設計することができるが、鋼材は軽量化のために厚さを薄くするしかないため、鋼材からなるサイドフレームは衝突初期の座屈モードに非常に脆弱になる。
【0026】
このため、鋼材からなるサイドフレームは、アルミニウム材又はアルミニウム合金材からなるサイドフレームに比べて重く性能が劣る。
【0027】
上述した衝突初期の座屈モードが終わると、サイドフレームの断面構造は急激に崩壊し、集中変形がサイドフレーム全体の曲げ変形に変化する。すなわち、サイドフレームの変形は３点曲げのような形態の曲げモードに切り替わり、このときには、サイドフレームの断面構造のうち横部材よりも高さ方向（Ｚ方向）の縦部材の役割が遥かに大きくなる。
【0028】
曲げモードでは、縦部材が最大圧縮あるいは引張を受けるようになり、これにより縦部材の強度が重要な因子となる。例えば、高強度鋼材からなるサイドフレームは、曲げ抵抗性が増大することができ、曲げモードで生じる圧縮応力又は引張応力に耐えるのに有利である。
【0029】
このようなサイドフレームの変形特性により、衝突初期には横部材の厚さが重要であり、衝突後期には縦部材の強度が重要な因子となる。しかし、単一材質の中で上記２つの条件をすべて満たすものはない。
【0030】
また、従来のバッテリケースには、バッテリケースを車体に固定させるためにサイドフレームの一側に結合するマウントフレームが設けられている。
【0031】
ここで、衝突初期に、真っ先に剛体と接触する部材はマウントフレームであって、サイドフレームが十分に頑丈に設計されると、衝突初期の座屈モードはサイドフレームではなくマウントフレームで発生する。
【0032】
逆に、マウントフレームがサイドフレームに比べてより強いと、むしろ座屈モードがサイドフレームで発生する。
【0033】
これにより、マウントフレームにも衝突初期の座屈モードのような力学的考慮が必要であるが、通常、マウントフレームとサイドフレームを別途作製して溶接等で結合することにより、これらのマウントフレームとサイドフレームとの間の力学的バランスが合わないため、バッテリケースは構造的な弱点を有するしかない。
【0034】
したがって、本発明によるバッテリケースのサイドフレームでは、横部材と縦部材に互いに異なる材質を適用するとともに、マウントフレームをサイドフレームに統合させてサイドフレームに要求される力学的特性を満足させ、構造の効率性を極大化しようとする。
【0035】
【0036】
本発明の一実施例によるサイドフレーム１０は、第１フレーム部３０と第２フレーム部４０とを含むことができる。
【0037】
第１フレーム部３０は、所定の幅と長さを有する単一板材を、例えば、横になったＴ字状の断面を有するように複数回折り曲げて形成することができる。これにより、第１フレーム部は、内部に開放断面の中空部を有することができる。
【0038】
第１フレーム部３０は、第１高さＨ１を有する第１縦部材３１と、第１縦部材から第１長さＬ１だけ離隔し、第１高さよりも短い第２高さＨ２を有する第２縦部材３２と、第２縦部材３２から高さ方向に離隔しながら第１縦部材から第２長さＬ２だけ離隔し、第１高さよりも短い第３高さＨ３を有する第３縦部材３３と、第１縦部材の一端と第２縦部材の一端とを連結する第１横部材３４と、第１縦部材の他端と第３縦部材の一端とを連結する第２横部材３５と、第２縦部材の他端に一端が連結されて第３長さＬ３だけ幅方向に延長した第３横部材３６及び第３縦部材の他端に一端が連結されて第４長さＬ４だけ幅方向に延長した第４横部材３７と、を含むことができる。
【0039】
第１フレーム部３０は、例えば、金属などのような単一板材を機械加工して一体に形成されることができる。
【0040】
例えば、板材が一端から第３長さＬ３だけ幅方向（－Ｙ方向）に延長して第３横部材３６を形成した後、第１方向（図３において反時計方向）に１回折り曲げられる。次いで、第２高さＨ２だけ高さ方向（－Ｚ方向）に下降して第２縦部材３２を形成した後、最初の折り曲げ方向とは反対の第２方向（図３において時計方向）に１回折り曲げられる。第１長さＬ１程度を幅方向（－Ｙ方向）に延長して第１横部材３４を形成した後、同様に第２方向にさらに１回折り曲げられる。
【0041】
次いで、第１高さＨ１だけ高さ方向（Ｚ方向）に上昇して第１縦部材３１を形成した後、第２方向に１回折り曲げられる。第２長さＬ２だけ幅方向（Ｙ方向）に延びて第２横部材３５を形成した後、同様に第２方向にさらに１回折り曲げられる。次いで、第３高さＨ３だけ高さ方向（－Ｚ方向）に下降して第３縦部材３３を形成した後、最初の折り曲げ方向である第１方向に１回折り曲げられる。その後に、第４長さＬ４だけ幅方向（Ｙ方向）に延長して第４横部材３７を形成する。
【0042】
このように、所定の長さで延長した後、折り曲げられる方式を繰り返して、所望の数の横部材（３４～３７）及び縦部材（３１～３３）と共に開放断面が形成されてから、板材は他端で終結する。
【0043】
これにより、第１フレーム部３０は、第１高さＨ１を有する壁部３８と、壁部から幅方向（Ｙ方向）の一側に第３長さＬ３又は第４長さＬ４だけ延長した突出部３９を含むことができる。
【0044】
壁部３８は、略第１縦部材３１、第１横部材３４、第２縦部材３２、第２横部材３５及び第３縦部材３３に区画されることができる。突出部３９は、第３横部材３６とそれに対応する第４横部材３７とで形成されることができる。
【0045】
壁部３８は既存のサイドフレームに対応する一方、突出部３９は既存のマウントフレームに対応する。結局、本発明の一実施例によるサイドフレーム１０では、マウントフレームをサイドフレームに統合させてサイドフレームと一体に形成できるようになる。
【0046】
また、第１フレーム部３０において、第３横部材３６と第４横部材３７は、第１高さＨ１と、第２高さＨ２と第３高さＨ３とを加えた高さ（Ｈ２＋Ｈ３）との差分だけ互いに離隔すると同時に、第３横部材の端部と第４横部材の端部との間に開放部２９を有することができる。
【0047】
これにより、第１フレーム部３０の突出部３９は開放部２９を含むことができ、突出部及び開放部は、第１高さＨ１と、第２高さＨ２と第３高さＨ３とを加えた高さ（Ｈ２＋Ｈ３）との差分に該当する高さ（Ｈ１－（Ｈ２＋Ｈ３））を有するようになる。
【0048】
ここで、複数の横部材（３４～３７）と複数の縦部材は、必ずしも完全な水平又は垂直に形成されるものではなく、傾きを有してもよい。これにより、離隔距離や高さ差などは可変することがある。
【0049】
また、選択的に、第１長さＬ１と第２長さＬ２は互いに同一であってもよく、又は第２高さＨ２と第３高さＨ３は互いに同一であってもよく、又は第３長さＬ３と第４長さＬ４は互いに同一であってもよい。
【0050】
このように形成された第１フレーム部３０は、サイドフレーム１０の外部を構成することができる。
【0051】
図５は、第１フレーム部のコーナー部を成形する段階を示す平面図である。
【0052】
第１フレーム部３０は、ベンディング（Ｂｅｎｄｉｎｇ）、ロールフォーミング（Ｒｏｌｌ Ｆｏｒｍｉｎｇ）、プレスフォーミング（Ｐｒｅｓｓ Ｆｏｒｍｉｎｇ）などにより開放断面をもって所定の長さを有するように長く形成されることができる。
【0053】
次に、車体に固定するのに必要な装着孔１１、及びコーナー部１３を円滑に形成するのに用いられるノッチ部１２を穿孔又は切断によって形成する。
【0054】
最後に、適切な曲げ加工装置を使用して、約９０度の角度を有するようにノッチ部１２が広がる側に第１フレーム部３０を曲げてコーナー部１３を形成する。
【0055】
これにより、一体となった単一の第１フレーム部３０、或いは略「コ」字形状を同一又は対称に有する２つの第１フレーム部３０が形成されることができる。
【0056】
第１フレーム部３０は、第１横部材３４の底面のような一側面が、例えば、溶接等のような接合によりベース板２０に結合されることができる。このように、第１フレーム部が、例えば、溶接等のような接合によりベース板に結合されることのみでも、第１フレーム部自体は溶接部を省略することができる。
【0057】
選択的に又は必要に応じて、第１フレーム部３０自体は、最大２箇所で溶接されることができる。さらに、従来は、フレーム部材間の溶接部が複雑なコーナーに位置していたが、本発明の第１フレーム部は、単純な直線部分に溶接部が位置するように変更することができ、溶接部を減らすとともに溶接が容易になる。
【0058】
また、第１フレーム部３０のコーナー部１３を溶接なしに曲げ加工により形成することにより、第１フレーム部の部品数と工程数を画期的に減少させることができる。
【0059】
第２フレーム部４０は、所定の長さを有するように長く形成され、一定の高さと一定の幅を有する略四角形の断面の管部材で形成されることができる。これにより、第２フレーム部は、内部に閉鎖断面の中空部を有することができる。
【0060】
第２フレーム部は、高さ方向（Ｚ方向）に互いに離隔した第１横方向部材４１と第２横方向部材４３、及び幅方向（Ｙ方向）に互いに離隔し、第１横方向部材と第２横方向部材とを連結する第１縦方向部材４２及び第２縦方向部材４４を含むことができる。
【0061】
ここで、第１横方向部材４１及び第２横方向部材４３の厚さは、第１縦方向部材４２及び第２縦方向部材４４の厚さより厚く形成されることができる。例えば、横方向部材は、縦方向部材よりも３倍以上の厚さを有することができる。
【0062】
しかし、横方向部材４１、４３の縦方向部材４２、４４に対する相対的な厚さは、必ずしも上述の例に限定されない。
【0063】
少なくとも第２フレーム部４０の横方向部材４１、４３は、第１フレーム部３０よりも厚い厚さを有することができる。
【0064】
第２フレーム部４０の高さは、第１フレーム部３０の開放部２９の高さに対応し、第２フレーム部の幅は、第１フレーム部の第１横部材３１の第１長さＬ１と第３横部材３３の第３長さＬ３とを加えた長さ（Ｌ１＋Ｌ３）に対応することができる。あるいは、第２フレーム部の幅は、第１フレーム部の第２横部材３２の第２長さＬ２と第４横部材３４の第４長さＬ４とを加えた長さ（Ｌ２＋Ｌ４）に対応することができる。
【0065】
第２フレーム部４０は、第１フレーム部３０内において少なくとも突出部３９と整列して配置されることができ、第１フレーム部の開放断面、すなわち、開放部２９を閉鎖してサイドフレーム１０全体を閉鎖断面で形成することができる。
【0066】
このように形成され配置された第２フレーム部４０は、サイドフレーム１０の内部を構成することができる。
【0067】
図５は、第２フレーム部の変形例を示す断面図である。
【0068】
衝突に対する要求レベルが高い場合に、第２フレーム部４０は、横方向部材４１、４３の間に補強縦方向部材４５をさらに含むことができる（図５の（ａ）参照）。
【0069】
また、第１横方向部材４１と第２横方向部材４３とは、第１縦方向部材４２と第２縦方向部材４４との間の距離よりも延長した幅方向（Ｙ方向）の長さを有して延長部４６を形成することができる（図５の（ｂ）参照）。
【0070】
この場合に、第２縦方向部材４４から又は第２縦方向部材の位置よりもさらに延長した横方向部材４１、４３の延長部４６は、第１フレーム部３０と第２フレーム部４０間の接合のためのフランジとしての役割を果たすことができ、衝突初期の座屈モードが延長部から発生して衝撃吸収を補完する役割も可能になる。
【0071】
図６は、第２フレーム部のコーナー部を成形する段階を示す平面図である。
【0072】
第２フレーム部４０は、押出等により閉鎖断面をもって所定の長さを有するように長く形成されることができる。
【0073】
次に、適切な曲げ加工装置を使用して、略９０度の角度を有するように、２箇所で同じ方向に第２フレーム部４０を曲げてコーナー部１４を形成する。
【0074】
コーナー部１４を形成する前又は後に、車体に固定するのに必要な装着孔１１、又は第１フレーム部３０と結合するのに必要な結合孔を穿孔により形成する。
【0075】
これにより、略「コ」字形状を同一又は対称に有する２つの第２フレーム部４０が形成されることができる。
【0076】
このように、第２フレーム部４０の形成に溶接が不要となり、第２フレーム部は溶接部を省略することができるという利点がある。
【0077】
また、第２フレーム部４０のコーナー部１４を溶接なしに曲げ加工により形成することにより、第２フレーム部の部品数と工程数を画期的に減少させることができる。
【0078】
本発明の一実施例によるサイドフレーム１０において、第１フレーム部３０と第２フレーム部４０とは互いに異なる材質で形成されてもよい。
【0079】
例えば、第１フレーム部３０は、鋼材等のように比重が４以上の重金属材質で作製することができる。第２フレーム部４０は、第１フレーム部より比重の低い材質で作製することができる。
【0080】
あるいは、第２フレーム部４０は、第１フレーム部３０より高い比強度を有する材質で作製することができる。
【0081】
より具体的に、第１フレーム部３０は、１ＧＰａ級以上の超高強度鋼を採用することで、サイドフレーム１０、さらには、バッテリケースの軽量化のための最適な組み合わせがなされることができる。
【0082】
例えば、第１フレーム部３０は、本出願人が生産する厚さ０．５ｍｍ～１．５ｍｍ程度の１４７０ＭＡＲＴ（Ｍａｒｔｅｎｓｉｔｉｃ）鋼又は１１８０ＣＰ（Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｐｈａｓｅ）鋼などの板材で作製することができる。
【0083】
ここで、１４７０ＭＡＲＴ鋼は１，４７０ＭＰａ以上の引張強度及び１，０５０ＭＰａ以上の降伏強度をもって衝突安全性を向上させた鋼種であり、１１８０ＣＰ鋼は１１８０ＭＰａ以上の引張強度及び８５０ＭＰａ以上の降伏強度を保証し、且つ曲げ加工性が改善された鋼種である。
【0084】
また、第２フレーム部４０は、押出により成形可能な材質、例えば、アルミニウムなどのような軽金属やその合金、プラスチック、複合材料などで作製することができる。
【0085】
このように、第１フレーム部３０と第２フレーム部４０は異種材質で形成されるため、第１フレーム部と第２フレーム部はリベット（例えば、ブラインドリベット）、ネジ（例えば、フロードリルスクリュー（Ｆｌｏｗ Ｄｒｉｌｌ Ｓｃｒｅｗ））などのような固定具による機械的接合と、構造用接着剤などのような接着剤１５による化学的接合で互いに結合することができる。
【0086】
本発明の一実施例によるサイドフレーム１０を組み立てる際には、まず別途成形された第１フレーム部３０と第２フレーム部４０とを互いに対して幅方向（Ｙ方向）に相対移動させながら、第２フレーム部を第１フレーム部内の突出部３９に嵌めることができる。
【0087】
次いで、第１フレーム部３０の第３横部材３６と第２フレーム部４０の第１横方向部材４１、そして第１フレーム部の第４横部材３７と第２フレーム部の第２横方向部材４３の間には接着剤１５が介在して互いに接合されることができる。
【0088】
また、第１フレーム部３０の第１縦部材３１と第２フレーム部４０の第１縦方向部材４２との間には接着剤１５が介在して互いに接合されることができる。
【0089】
このような接着剤１５は、第１フレーム部３０と第２フレーム部４０との間の結合だけでなく、例えば、第１フレーム部が鋼材で形成され、第２フレーム部がアルミニウム材で形成される場合に、これら異種材質の直接的な接触によって引き起こされる腐食を防止できる効果を得ることができる。
【0090】
もちろん、組み立て方法は必ずしも上述した例に限定されず、リベットやネジなどのような固定具と構造用接着剤などのような接着剤１５とが共に組み合わせられて第１フレーム部３０と第２フレーム部４０の結合に用いられてもよい。
【0091】
このように、第１フレーム部３０と第２フレーム部４０の組み立てにおいても溶接が不要となり、本発明の一実施例によるサイドフレーム１０では、溶接部を著しく低減することができ、組み立てが容易になり得るという利点がある。
【0092】
これにより、本発明の一実施例によるサイドフレーム１０において、軽量材質の第２フレーム部４０は、高強度材質の第１フレーム部３０内に追加の横部材（すなわち、横方向部材４１、４３）を提供するか、又は少なくとも第３及び第４横部材３６、３７の厚さをさらに追加することができるようになる。
【0093】
また、本発明の一実施例によるサイドフレーム１０において、軽量材質の第２フレーム部４０は、バッテリケース及びバッテリセルの側面部を囲んでおり、構造的安定性を向上させることができる。
【0094】
本発明の一実施例によるサイドフレーム１０は、異種材質の第１フレーム部３０と第２フレーム部４０とを含み、厚い横部材を必要とする部分には軽量材質を配置し、強度が要求される縦部材には、高強度材質を配置するとともに、サイドフレームにマウントフレームを一体化させ、高性能及び低コストという非常に効率的な構造を実現できる利点を有する。
【0095】
これにより、衝突初期には、厚い横部材により座屈及び塑性ヒンジの現象を防止することができ、衝突後期には、高強度の縦部材により曲げ変形に対応することができる。
【0096】
また、最初の衝撃を受けるマウントフレームの役割を考慮して、横部材を既存のマウントフレームの位置まで延長し、外側を高強度材質で囲むことで、サイドフレームだけでも力学的特性を満足させ、構造の効率性を極大化することができる。
【0097】
本出願人は、本発明の一実施例によるサイドフレームについてシミュレーションを通じて性能解析を行った。
【0098】
例えば、剛体からなる円柱でサイドフレームの側面に衝撃を与え、一定レベルの衝突荷重に耐える性能と関連し、従来の単一材質からなるサイドフレームと、本発明の一実施例による異種材質のサイドフレームとを比較してみた。
【0099】
その結果、類似の重量を有するにもかかわらず、本発明のサイドフレームが２倍以上の性能を示すことが確認できた。
【0100】
したがって、同等レベルの性能を実現するように設計する場合、本発明の一実施例による異種材質のサイドフレームは、単一材質のサイドフレームに比べて重量を大幅に減らすことができ、シミュレーションによる解析結果によると、最大２０％の軽量化効果が得られることが確認された。
【0101】
以上のように本発明によれば、サイドフレームを異種材質で形成することにより、押出材の長所と剛性材質の長所とを均一に活用でき、十分な構造剛性を発揮するだけでなく、軽量化及びコスト削減が達成できるという効果が得られる。
【0102】
また、本発明によれば、溶接部なしに曲げ成形でコーナー部を形成することにより、サイドフレームにおいて溶接部を著しく低減し、溶接部の欠陥を根本的に解決できる一方、耐衝撃性が強化されるという効果が得られる。
【0103】
以上の説明は、本発明の技術思想を例示的に説明したものに過ぎず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲で様々な修正及び変形が可能である。
【0104】
本明細書及び図面では、第１フレーム部の横部材と第２フレーム部の横方向部材、そして第１フレーム部の縦部材と第２フレーム部の縦方向部材は、単に用語を区分するための目的で用いたものであり、他の技術的な意味を有するものではないことを明らかにする。
【0105】
したがって、本明細書及び図面に開示された実施例は、本発明の技術思想を限定するためのものではなく説明するためのものであり、このような実施例によって本発明の技術思想の範囲が限定されるものではない。本発明の保護範囲は、以下の特許請求の範囲によって解釈されるべきであり、それと同等の範囲内にあるすべての技術思想は、本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
【符号の説明】
【0106】
１：第１ケース
２：第２ケース
３：本体
４：フランジ
１０：サイドフレーム
１１：装着孔
１２：ノッチ部
１３、１４：コーナー部
１５：接着剤
２０：ベース板
２９：開放部
３０：第１フレーム部
３１：第１縦部材
３２：第２縦部材
３３：第３縦部材
３４：第１横部材
３５：第２横部材
３６：第３横部材
３７：第４横部材
３８：壁部
３９：突出部
４０：第２フレーム部
４１：第１横方向部材
４２：第１縦方向部材
４３：第２横方向部材
４４：第２縦方向部材
４５：補強縦方向部材
４６：延長部
２：第２ケース
３：本体
４：フランジ
１０：サイドフレーム
１１：装着孔
１２：ノッチ部
１３、１４：コーナー部
１５：接着剤
２０：ベース板
２９：開放部
３０：第１フレーム部
３１：第１縦部材
３２：第２縦部材
３３：第３縦部材
３４：第１横部材
３５：第２横部材
３６：第３横部材
３７：第４横部材
３８：壁部
３９：突出部
４０：第２フレーム部
４１：第１横方向部材
４２：第１縦方向部材
４３：第２横方向部材
４４：第２縦方向部材
４５：補強縦方向部材
４６：延長部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5(a)】
【図5(b)】
【図6】
【図7】
【手続補正書】
【提出日】2023-11-09
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図3】
【国際調査報告】