단섬유 복합소재 적용 전기차 배터리팩 케이스 구조물의 고강도 경량 설계를 위한 사출 성형-구조 연계 해석
Injection Molding–Structural Coupled Analysis for High-strength/Lightweight Design of EV Battery Pack Case made by Short-fiber Reinforced Composites
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초록
본 논문을 통해 친환경 전기차의 주요 구성 부품 중 하나인 배터리 팩 케이스 구조물의 내충격 및 경량 특성 확보를 위한 개선된 설계 방안을 제안하고자 하였다. 배터리 팩 케이스 구조물에 대한 경량 설계 방안으로써 단섬유 강화 복합소재를 부분적으로 적용하고자 하였으며, 측면 충돌 해석을 통해 단섬유 복합소재 적용 여부에 따른 내충격 성능을 평가하고자 하였다. 나아가, 사출 성형 공정을 통해 제작되는 단섬유 강화 복합소재 적용 부품의 거동을 보다 정확하게 예측하기 위해 성형-구조 연계해석 기법을 적용하고자 하였으며, 연계 해석 적용 여부에 따른 기계적 거동 특성을 비교/분석함으로써 제안된 해석 기법의 타당성을 검증하고자 하였다. 제안된 해석 기법을 바탕으로 단섬유 복합소재 적용 범위에 따른 배터리 팩 케이스 구조물의 내충격 및 경량 특성을 정량적으로 분석함으로써, 설계 요구 사항들을 종합적으로 만족시킬 수 있는 단섬유 복합소재 적용 방안을 제시하고자 하였다.
Abstract
In this study, an improved analysis model is proposed to enhance the impact resistance and lightweight characteristics of the battery pack case structure, which are key components of eco-friendly electric vehicles. Short fiber-reinforced composites were partially applied to the battery pack case structures as a lightweight design strategy, and side-impact analysis were conducted to evaluate the impact resistance performance depending on the use of short fiber composites. Furthermore, a molding-structural coupled analysis was introduced to accurately predict the mechanical behavior of the short fiber-reinforced composite structures manufactured by the injection molding process. The validity of the proposed analysis model was verified by comparing the mechanical behavior of the battery pack case structures with and without the molding-structural coupled analysis. Based on the proposed analysis model, quantitative analyses were performed to assess the impact resistance and lightweight characteristics according to the range of short fiber composite applications in the battery pack case structures, consequently proposing an optimal application of short-fiber composite materials that can comprehensively satisfies design requirements.