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최강훈(Kang Hun CHOI),김상유(Sang Yu KIM),최현범(Hyun Bum CHOI),이상헌(Sang Heon LEE),김재열(Jae Yeol Kim) 대한기계학회 2021 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2021 No.6
환경규제로 인한 자동차의 전동화 과속화로 전기차 시대가 도래됨에 따라 완성차 업체에서는 전기차 전용 플랫폼 개발에 박차를 가하고 있다. 최근 전기차 보급의 확대에 따라 다양한 이슈가 발생하고 있으며, 그 중 충돌에 따른 배터리 화제가 가장 큰 문제점으로 대두되고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 완성차 업체에서는 배터리 팩의 성능 최적화 및 안전성 확대를 위한 기술개발을 진행하고 있다. 전기차 배터리 시스템은 배터리 셀, 모듈, 배터리 관리시스템(BMS), 냉각 장치, 배터리 하우징으로 구성되며 최종 배터리 팩을 구성하게 된다. 그 중 배터리 하우징은 배터리 모듈, 컨트롤러 및 냉각 시스템 등의 부품이 장착되는 하부 하우징과 상부 하우징으로 구성된 하우징 형태의 부품을 의미하며, 불안전성이 높은 배터리의 보호 및 차량 하부 프레임 역할까지 수행하는 대형 부품으로 중량 최적화 및 강성확보가 필요하다. 따라서 전기차의 주행 및 충돌에 따른 안전성 확보하면서 경량소재를 적용한 중량 최적화를 이루기 위해서는 고강성의 배터리 하우징 최적 설계 기술이 필요하다. 본 연구에서는 전기차량용 고강성 배터리 하우징의 설계를 수행하였다. 차체 최적화 설계를 통해 알루미늄 압출 공정 및 강성을 고려한 사각구조 멤버를 적용하여 외부 충격 및 비틀림에 따른 강성확보 구조로 구성하였다. 적용 물성 소재는 Al 6061을 적용하였으며, 충돌 조건은 지름 254mm, 높이 1m 인 Steel 기준으로 완성차 둥측면충돌 안전성 기준 32km의 3/1수준(10km/h), 3/2 수준(20km) 해석 조건으로 수행하였다. 그림 1과 같이 10km/h 충돌 해석결과 최대 등가응력 440MPa, 최대 등가변형률 약 0.0063mm로 나타났으며, 20km/h 충돌 해석결과 최대 등가 응력 902.5MPa, 최대 변형률 약 0.013mm로 나타나다. 두 충돌해석결과 변형량의 큰변화는 발생하지 않았으나 향후 접합 조건에 따라 충돌에 변형량이 증가할 것으로 예상되며, 향후 접합 조건 적용을 통한 변형량을 확인 하고 정동강성 평가를 통한 구조 최적화에 대한 검증도 수행 하겠다. [그림 본문 참조]