(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリーセルを保護する構造物として角管状で提供されるモノフレームの構造解析ツールであって、
同一衝撃条件で予め構造解析した基準モノフレームの寸法、重さ、応力値のデータ及び仮設計されたモノフレームの寸法、重さのデータを入力するための入力部；
前記基準モノフレームのデータと前記仮設計されたモノフレームのデータを使用し、ビーム理論に基づいて前記基準モノフレームと前記仮設計されたモノフレームとの応力比を算出する演算部；及び
前記演算部によって算出された応力比と予め設定された応力比の基準値とを比べて前記仮設計されたモノフレームの安定性を判断する出力部を含むモノフレームの構造解析ツール。
【請求項２】
前記予め設定された応力比の基準値は１であり、
前記出力部は、前記演算部で算出された応力比が前記予め設定された応力比の基準値以下の数値であれば、安定性適合判定を出力し、前記予め設定された応力比の基準値を超える数値であれば、安定性不適合判定を出力する請求項１に記載のモノフレームの構造解析ツール。
【請求項３】
前記演算部は、以下の数式を用いて前記応力比を算出する請求項１または２に記載のモノフレームの構造解析ツール。
【数１４】
0006780212.tif 000016
（Ｒ：応力比、ｑ１：基準モノフレームの分布荷重、Ｈ１：基準モノフレームの高さ、Ｌ１：基準モノフレームの長さ、Ｗ１：基準モノフレームの幅、ａ１：基準モノフレームの側板の厚さ、ｂ１：基準モノフレームの上板の厚さ、ｑ２：仮設計されたモノフレームの分布荷重、Ｈ２：仮設計されたモノフレームの高さ、Ｌ２：仮設計されたモノフレームの長さ、Ｗ２：仮設計されたモノフレームの幅、ａ２：仮設計されたモノフレームの側板の厚さ、ｂ２：仮設計されたモノフレームの上板の厚さ）
【請求項４】
前記演算部は、以下の数式を用いて前記仮設計されたモノフレームの応力値をさらに算出する請求項３に記載のモノフレームの構造解析ツール。
【数１５】
0006780212.tif 000017
（σ１：有限要素解析法によって予め解析した前記基準モノフレームの応力値、σ２：仮設計されたモノフレームの応力値、Ｒ：応力比）
【請求項５】
前記演算部は、以下の数式を用いて前記仮設計されたモノフレームの変形度をさらに算出する請求項３または４に記載のモノフレームの構造解析ツール。
【数１６】
0006780212.tif 000018
（Ｄ１：有限要素解析法によって予め解析した基準モノフレームの変形度、Ｄ２：仮設計されたモノフレームの変形度、Ｅ１：基準モノフレームのヤング率、Ｅ２：仮設計されたモノフレームのヤング率、Ｉ１：基準モノフレームの断面二次モーメント、Ｉ２：仮設計されたモノフレームの断面二次モーメント）
【請求項６】
バッテリーセルを保護する構造物として角管状で提供されるモノフレームの設計方法であって、
モノフレームの寸法及び重さを決定するモノフレームコンセプトの仮設計段階；
同一衝撃条件で予め構造解析した基準モノフレームの寸法、重さ、応力値のデータ及び前記仮設計されたモノフレームの寸法、重さのデータを使用し、ビーム理論に基づいて前記基準モノフレームと前記仮設計されたモノフレームとの応力比を算出する演算段階；及び
前記演算段階で算出された応力比と予め設定された応力比の基準値とを比べて前記仮設計されたモノフレームの安定性を判断する安定性判断段階を含むモノフレームの設計方法。
【請求項７】
前記予め設定された応力比の基準値は１であり、
前記安定性判断段階は、前記応力比算出段階で算出された応力比が前記予め設定された応力比の基準値以下の数値であれば、安定性適合判定を行い、前記予め設定された応力比を超える数値であれば、安定性不適合判定を行う請求項６に記載のモノフレームの設計方法。
【請求項８】
前記安定性判断段階で安定性不適合と判定された場合、前記仮設計されたモノフレームの寸法のうちいずれか１つ以上を選択的に調整する追加設計段階をさらに含み、前記追加設計段階の後、前記演算段階を再度行う請求項７に記載のモノフレームの設計方法。
【請求項９】
前記追加設計段階は、前記仮設計されたモノフレームの上板の厚さ及び側板の厚さのうちいずれか１つ以上の厚さをより厚く調整する寸法調整を含む請求項８に記載のモノフレームの設計方法。
【請求項１０】
前記応力比は、以下の数式によって算出される請求項６から９のいずれか一項に記載のモノフレームの設計方法。
【数１７】
0006780212.tif 000019
（Ｒ：応力比、ｑ１：基準モノフレームの分布荷重、Ｈ１：基準モノフレームの高さ、Ｌ１：基準モノフレームの長さ、Ｗ１：基準モノフレームの幅、ａ１：基準モノフレームの側板の厚さ、ｂ１：基準モノフレームの上板の厚さ、ｑ２：仮設計されたモノフレームの分布荷重、Ｈ２：仮設計されたモノフレームの高さ、Ｌ２：仮設計されたモノフレームの長さ、Ｗ２：仮設計されたモノフレームの幅、ａ２：仮設計されたモノフレームの側板の厚さ、ｂ２：仮設計されたモノフレームの上板の厚さ）
【請求項１１】
前記演算段階は、以下の数式のように前記応力比を用いて前記仮設計されたモノフレームの応力値をさらに算出する請求項１０に記載のモノフレームの設計方法。
【数１８】
0006780212.tif 000020
（σ１：有限要素解析法によって予め解析した前記基準モノフレームの応力値、σ２：仮設計されたモノフレームの応力値、Ｒ：応力比）
【請求項１２】
前記演算段階は、以下の数式を用いて前記仮設計されたモノフレームの変形度をさらに算出する請求項１０または１１に記載のモノフレームの設計方法。
【数１９】
0006780212.tif 000021
（Ｄ１：有限要素解析法によって予め解析した基準モノフレームの変形度、Ｄ２：仮設計されたモノフレームの変形度、Ｅ１：基準モノフレームのヤング率、Ｅ２：仮設計されたモノフレームのヤング率、Ｉ１：基準モノフレームの断面二次モーメント、Ｉ２：仮設計されたモノフレームの断面二次モーメント）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリーモジュールのモノフレームの構造解析ツール及びモノフレームの設計方法に関し、バッテリーモジュール設計の初期段階でモノフレームの構造安定性評価にかかる費用と時間を節減できるモノフレームの構造解析ツール及びそれを用いたモノフレームの設計方法に関する。
本出願は、２０１７年９月７日出願の韓国特許出願第１０−２０１７−０１１４６０２号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
一般に、バッテリーモジュールは、多数のバッテリーセルが直列及び／または並列で連結された構造で形成される。このようなバッテリーモジュールは、通常多数のバッテリーセルが一方向に積層されてなるセルアセンブリ、前記セルアセンブリを囲む外郭フレーム、及びバッテリーセルの電気的特性をセンシングするセンシングアセンブリで構成され得る。
【０００３】
外郭フレームは、複数のプレートをスナップフィットまたはボルティング方式で組み立て可能に製作されたマルティプルフレームと、一体型で製作されたモノフレームとに分けられる。モノフレームは押出やダイカスト工法で一体型に製作され得る。このようなモノフレームは、韓国特許公開第１０−２０１７−００８３８３４号公報（２０１７．７．１９．公開）に開示されているように、マルティプルフレームに比べてバッテリーセルの収納及び他の部品との組み立てが簡単であるため、工程及び品質管理の面で有利である。そこで、バッテリーモジュールの外郭フレームにモノフレームを適用したケースが増加しつつある。
【０００４】
図１は、モノフレームを適用したバッテリーモジュールの概略的な斜視図である。
【０００５】
図１を参照すれば、モノフレーム１は中空の角管状で提供され、内部空間にバッテリーセルが収納された状態でセンシングアセンブリ２がモノフレーム１の両端部に組み立てられて構成される。したがって、モノフレーム１の両端部は、センシングアセンブリ２によって覆われて支持される。
【０００６】
一方、モノフレーム１は、バッテリーモジュールに機械的支持力を与え、セルアセンブリを囲んで外部の衝撃などから保護する役割をする構造物であるため、剛性が十分確保されるべきである。
【０００７】
したがって、バッテリーモジュール設計の初期段階でモノフレームの構造安定性を評価しなければならない。このようなモノフレームの構造安定性評価は、有限要素解析法を用いた解析的検証に基づいている。有限要素解析法は信頼性の高い結果を導出できるため、実際モデルの実験的検証を代替可能な評価手段である。
【０００８】
しかし、有限要素解析法による構造解析は、モノフレームのモデリング、荷重及び境界条件の付与、有限要素解析プログラムの使用方法とその過程の複雑性のため、解析に時間がかかり過ぎるという問題点がある。
【０００９】
例えば、従来のモノフレーム設計プロセスを見れば、初期モノフレーム構造の解析に１週〜２週がかかり、解析の結果、安定性に問題があれば、追加的な設計の後、再び構造解析して検討するまでに１週〜２週が必要となる。結果的に、モノフレームのコンセプトを完全に設計するのに最小２週〜４週が必要となる。
【００１０】
設計の初期段階で上記のような構造解析を通じて構造の頑健性を確認すれば、以降の多大な設計変更は最小化できるものの、リードタイムが長すぎる。このようなリードタイム問題を解決するため、モノフレームの初期設計の構造頑健性を低時間／低費用で評価可能な新たな代案が求められている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、バッテリーモジュール設計の初期段階で低時間／低費用でモノフレームの構造頑健性を確認できるモノフレームの構造解析ツール及びそれを用いたモノフレームの設計方法を提供することを目的とする。
ただし、本発明で解決しようとする技術的課題は上述した課題に制限されず、他の課題は下記する発明の説明によって明確に理解できるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、バッテリーセルを保護する構造物として角管状で提供されるモノフレームの構造解析ツールであって、同一衝撃条件で予め構造解析した基準モノフレームの寸法、重さ、応力値のデータ及び仮設計されたモノフレームの寸法、重さのデータを入力するための入力部；前記基準モノフレームのデータと前記仮設計されたモノフレームのデータを使用し、ビーム理論（ｂｅａｍ ｔｈｅｏｒｙ）に基づいて前記基準モノフレームと前記仮設計されたモノフレームとの応力比を算出する演算部；及び前記演算部によって算出された応力比と予め設定された応力比の基準値とを比べて前記仮設計されたモノフレームの安定性を判断する出力部を含むことを特徴とするモノフレームの構造解析ツールが提供される。
【００１３】
前記予め設定された応力比の基準値は１であり、前記出力部は、前記演算部で算出された応力比が前記予め設定された応力比以下の数値であれば、安定性適合判定を出力し、前記予め設定された応力比を超える数値であれば、安定性不適合判定を出力することができる。
【００１４】
前記演算部は、以下の数式を用いて前記応力比を算出することができる。
【数１】
0006780212.tif 000002
【００１５】
また、前記演算部は、以下の数式を用いて前記仮設計されたモノフレームの応力値をさらに算出することができる。
【数２】
0006780212.tif 000003
【００１６】
また、前記演算部は、以下の数式を用いて前記仮設計されたモノフレームの変形度をさらに算出することができる。
【数３】
0006780212.tif 000004
【００１７】
本発明の他の態様によれば、バッテリーセルを保護する構造物として角管状で提供されるモノフレームの設計方法であって、モノフレームの寸法及び重さを決定するモノフレームコンセプトの仮設計段階；同一衝撃条件で予め構造解析した基準モノフレームの寸法、重さ、応力値のデータ及び前記仮設計されたモノフレームの寸法、重さのデータを使用し、ビーム理論に基づいて前記基準モノフレームと前記仮設計されたモノフレームとの応力比を算出する演算段階；及び前記演算段階で算出された応力比と予め設定された応力比の基準値とを比べて前記仮設計されたモノフレームの安定性を判断する安定性判断段階を含むモノフレームの設計方法が提供される。
【００１８】
前記予め設定された応力比の基準値は１であり、前記安定性判断段階は、前記応力比算出段階で算出された応力比が前記予め設定された応力比の基準値以下の数値であれば、安定性適合判定を行い、前記予め設定された応力比を超える数値であれば、安定性不適合判定を行うことができる。
【００１９】
前記安定性判断段階で安定性不適合と判定された場合、前記仮設計されたモノフレームの寸法のうちいずれか１つ以上を選択的に調整する追加設計段階をさらに含み、前記追加設計段階の後、前記演算段階を再度行うことができる。
【００２０】
前記追加設計段階は、前記仮設計されたモノフレームの上板の厚さ及び側板の厚さのうちいずれか１つ以上の厚さを既存より厚く調整する寸法調整を含むことができる。
【００２１】
前記応力比は、以下の数式によって算出することができる。
【数４】
0006780212.tif 000005
【００２２】
前記演算段階は、以下の数式のように前記応力比を用いて前記仮設計されたモノフレームの応力値をさらに算出することができる。
【数５】
0006780212.tif 000006
【００２３】
前記演算段階は、以下の数式を用いて前記仮設計されたモノフレームの変形度をさらに算出することができる。
【数６】
0006780212.tif 000007
【発明の効果】
【００２４】
本発明の一態様によれば、バッテリーモジュール設計の初期段階で低時間／低費用でモノフレームの構造頑健性を確認可能なモノフレームの構造解析ツール及びそれを用いたモノフレームの設計方法を提供することができる。
【００２５】
予め解析した類似構造の基準モノフレームに対する応力比をビーム理論で簡単に算出して比べることで、様々なモノフレーム設計案の構造的安定性を評価することができる。したがって、バッテリーモジュール設計初期のリードタイムを大幅に減縮させることができる。
【００２６】
本発明の効果は、上述した効果に限定されることなく、その他の効果は本明細書及び添付された図面によって本発明が属する技術分野で通常の知識を持つ者に明確に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解析されてはならない。
【００２８】
【図１】従来技術によるモノフレームを適用したバッテリーモジュールの概略的な斜視図である。
【００２９】
【図２】本発明の一実施例によるモノフレームの構造解析ツールの構成を示したブロック図である。
【００３０】
【図３】図２のモノフレームの構造解析ツールを用いたモノフレームの安定性判断法を説明するための参照図である。
【００３１】
【図４】図２のモノフレームの構造解析ツールを用いたモノフレームの安定性判断法を説明するための参照図である。
【００３２】
【図５】図２のモノフレームの構造解析ツールを用いたモノフレームの安定性判断法を説明するための参照図である。
【００３３】
【図６】図２のモノフレームの構造解析ツールを用いたモノフレームの安定性判断法を説明するための参照図である。
【００３４】
【図７】本発明の一実施例によるモノフレームの設計方法を示したフロー図である。
【００３５】
【図８】本発明の一実施例によるモノフレームの上下板と側板の厚さ変化による応力比を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解析されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解析されねばならない。
【００３７】
したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。
【００３８】
本発明の実施形態は、通常の技術者に本発明をより完全に説明するために提供されるものであるため、図面の構成要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張または省略されるか、概略的に示され得る。したがって、各構成要素の大きさや比率は実際的な大きさや比率を専ら反映するものではない。
【００３９】
本発明で説明するモノフレームは、バッテリーセルを内部に収納してそれらを保護する構造物であって、バッテリーモジュールの構成要素である。モノフレームは中空の角管状の一体型構造であり、断面が同一であると仮定する。また、モノフレームの上板の厚さは下板の厚さと同一であり、左側板の厚さは右側板の厚さと同一であると仮定する。
【００４０】
図２は本発明の一実施例によるモノフレームの構造解析ツールの構成を示したブロック図であり、図３〜図６は図２のモノフレームの構造解析ツールを用いたモノフレームの安定性判断法を説明するための参照図である。
【００４１】
図２に示されたように、本発明のモノフレームの構造解析ツールは、モノフレームに関連する寸法及び荷重情報を入力するための入力部１０、前記情報の入力を受けて構造安定性評価対象値を算出する演算部２０、及び前記演算部２０で算出された値に基づいてモノフレームの安定性を判断する出力部４０を含むことができる。
【００４２】
前記入力部１０には、基準モノフレームの情報と構造解析が必要な仮設計されたモノフレームの情報が入力される。ここで、基準モノフレームとは、仮設計されたモノフレームと類似構造のモノフレームのうち、有限要素解析法などで解析的検証または実際の実験的検証を通過して安定性が検証された既存のモノフレームを意味し得る。そして、仮設計されたモノフレームとは、バッテリーモジュール設計の初期段階で設計したモノフレームを意味する。
【００４３】
前記基準モノフレームに関連する情報データは、寸法（幅、長さ、高さ、上板の厚さ、側板の厚さ）と重さ、及び最大応力値などであり得る。そして前記仮設計されたモノフレームに関連する情報データは、寸法（幅、長さ、高さ、上板の厚さ、側板の厚さ）と重さであり得る。
【００４４】
一方、基準モノフレームは、様々な類型毎に結果値が予めメモリなどに保存されるが、この場合、モノフレームの構造解析ツールは基準モノフレームの多様な結果値を保存するためのメモリを有するデータベース部３０をさらに含むことができる。
【００４５】
演算部２０は、前記入力部１０から基準モノフレームと仮設計されたモノフレームとの情報データの入力を受ければ、基準モノフレームに対する仮設計されたモノフレームの応力比を演算するプロセスを行う。
【００４６】
前記応力比は、仮設計されたモノフレームの構造安定性評価対象値になり得る。以下、図３及び図４を参照して前記応力比の算出方法を説明する。
【００４７】
図面に示されたように、モノフレームを角管状のビームと仮定し、モノフレームの両端が固定された状態でビーム理論を用いてモノフレームで発生する最大曲げ応力を求める。
【００４８】
このとき、前記最大曲げ応力を導出するための数式は以下のようである。
【数７】
0006780212.tif 000008
【００４９】
前記ビーム理論の数式によれば、モノフレームの最大曲げ応力はモノフレームの寸法（幅Ｗ、長さＬ、高さＨ、上板の厚さｂ、側板の厚さａ）と荷重によって決定されることが確認できる。
【００５０】
したがって、基準モノフレームの寸法及び荷重、そして仮設計されたモノフレームの寸法及び荷重を前記ビーム理論公式に適用して、前記公式による基準モノフレームの応力と仮設計されたモノフレームの応力を求め、これらから基準モノフレームに対する仮設計されたモノフレームの応力比を算出することができる。
【００５１】
すなわち、図５に示したモノフレームの断面を基準モノフレームの断面と仮定し、図６に示したモノフレームの断面を仮設計されたモノフレームの断面と仮定すれば、ビーム理論公式による基準モノフレームの応力値（ｘ１）、仮設計されたモノフレームの応力値（ｘ２）、及びこれらの応力比（Ｒ）はそれぞれ次のようである。
【数８】
0006780212.tif 000009
【００５２】
そして、演算部２０で実行される応力比算出式は、前記応力比Ｒ＝ｘ２／ｘ１を整理した数式であり、以下のようである。
【数９】
0006780212.tif 000010
【００５３】
一方、仮設計されたモノフレームの応力値は、基準モノフレームの応力値（有限要素解析法によって予め解析した基準モノフレームの応力値）と前記応力比との積で推定できる。
【００５４】
すなわち、演算部２０は、以下の数式を用いて前記仮設計されたモノフレームの応力値をさらに演算するプロセスを行うことができる。
【数１０】
0006780212.tif 000011
【００５５】
このような仮設計されたモノフレームの応力値σ２は、単にビーム理論公式による応力値ではなく、予め正確に解析を行った基準モノフレームの応力値に対比した応力値であり、以降の完成品で発生する応力水準を推定するための尺度になり得る。
【００５６】
また、演算部２０は、仮設計されたモノフレームの変形比又は変形度をさらに演算するプロセスを行うことができる。
【００５７】
変形度とは、応力によって発生する物体の幾何学的変形を意味し、応力に比例してヤング率Ｅに反比例する。
【００５８】
すなわち、以下の関係が成立する。
【数１１】
0006780212.tif 000012
【００５９】
したがって、上記の数式を図５の基準モノフレームと図６の仮設計されたモノフレームに適用してこれらの変形比ＤＲを求めれば、次のようである。
【数１２】
0006780212.tif 000013
【００６０】
したがって、上述した基準モノフレームの応力値と応力比との積で仮設計されたモノフレームの応力値を推定したことと同様に、基準モノフレームの実際解析で求めた変形度と前記変形比との積で仮設計されたモノフレームの変形度を推定することができる。
【００６１】
すなわち、演算部２０は、次の数式によって仮設計されたモノフレームの変形度を算出することができる。
【数１３】
0006780212.tif 000014
【００６２】
このように、演算部２０で算出された応力比を含めた演算結果データが本発明の出力部４０に入力されれば、出力部４０は、前記応力比と予め設定された応力比の基準値とを比べて仮設計されたモノフレームの設計修正如何を判断するプロセスを行う。
【００６３】
上述したように、基準モノフレームは有限要素解析法などを通じて安定性が検証されたモノフレームであって、仮設計されたモノフレームの安定性の判断基準になる。したがって、特別な事情がない限り、前記予め設定された応力比の基準値は１に設定される。
【００６４】
出力部４０は、前記演算部２０で算出した応力比が予め設定された応力比の基準値１以下であれば、適合と判定し、基準値１を超えれば、不適合と判定するようにプロセッシングされる。換言すれば、仮設計されたモノフレームの応力値が基準モノフレームの応力値と同一であるか又は小さければ安定性があると見なし、基準モノフレームの応力値より大きければ不安定であると見なす。
【００６５】
このような本発明によるモノフレームの構造解析ツールは、例えばソフトウェアによる情報処理を行うコンピュータを含む情報処理装置の形態で具現され得る。
【００６６】
以下、上述したモノフレームの構造解析ツールを用いたモノフレームの設計方法を説明する。
【００６７】
図７は、本発明の一実施例によるモノフレームの設計方法を示したフロー図である。
【００６８】
図７を参照すれば、本発明によるモノフレームの設計方法は、モノフレームの寸法を設計するモノフレームコンセプトの仮設計段階（Ｓ１００）、演算段階（Ｓ２００）、安定性判断段階（Ｓ３００）を含む。
【００６９】
モノフレームコンセプトの仮設計段階（Ｓ１００）は、モノフレームの寸法及び重さを決定する段階である。図３を参照すれば、モノフレームは幅（Ｗ）、長さ（Ｌ）、高さ（Ｈ）、上板と下板の厚さ（ｂ）、左側板と右側板の厚さ（ａ）に該当する総７つの寸法を有するが、通常モノフレームは上板と下板との厚さ、左側板と右側板との厚さがそれぞれ同じく製作される。以下の説明では上板の厚さは下板の厚さと同一であり、左側板の厚さは右側板の厚さと同一であると見なす。したがって、本発明によるモノフレームの構造解析の際、特別な事情がない限り、モノフレームの寸法は総５つが考慮され得る。
【００７０】
ここで、モノフレームの幅、長さ、高さに該当する３つの寸法は、顧客社が求めるバッテリーモジュールの仕様に応じて先に決定され得る。例えば、バッテリーモジュールが取り付けられる車両の構造またはバッテリーパックの構造に応じてモノフレームの幅、長さ、高さが決定されても良く、バッテリーセルの規格と容量に合わせてモノフレームの幅、長さ、高さが決定されても良い。
【００７１】
このようにモノフレームの幅、長さ、高さが決まれば、モノフレームの上下板と側板の厚さを決定する。参考までに、モノフレームの厚さが厚くなるほど安定性が高くなるが、バッテリーセルの収納空間が狭くなり製品費用が増える短所がある。したがって、経済性と安定性を同時に満たすという点から、モノフレームの厚さを選択することは設計において非常に重要である。
【００７２】
仮設計されたモノフレームの寸法と重さが決まれば、これらデータが上述したモノフレームの構造解析ツールの入力部１０に入力される。このとき、同一衝撃条件で予め構造解析した類似構造の基準モノフレームの寸法、重さ、応力値のデータが一緒に入力される。勿論、仮設計されたモノフレームが複数であれば、これらに対する情報も一緒に入力され得る。
【００７３】
参考までに、本実施例と異なり、有限要素解析法で解析した既存のモノフレームに対する情報は前記モノフレームの構造解析ツールのデータベースに予め保存され得る。この場合、ユーザは予め解析された既存のモノフレームのうちいずれか１つを選択して基準モノフレームとして使用しても良い。
【００７４】
演算段階（Ｓ２００）は、基準モノフレームの寸法、重さと前記仮設計されたモノフレームの寸法、重さのデータとを媒介変数にし、ビーム理論を用いて基準モノフレームと仮設計されたモノフレームとの応力比を算出する段階である。
【００７５】
演算段階（Ｓ２００）では、前記応力比とともに、仮設計されたモノフレームの応力値、変形度、基準モノフレームに対する仮設計されたモノフレームの変形比がさらに算出され得る。例えば、前記応力比、仮設計されたモノフレームの応力値、変形度、基準モノフレームに対する仮設計されたモノフレームの変形比は、上述したモノフレームの構造解析ツールの演算部２０によって算出され得る。前記応力比などを含む結果値を算出する方法は、上述したモノフレームの構造解析ツールの演算部２０についての説明と重なるため省略する。
【００７６】
安定性判断段階（Ｓ３００）では、演算段階（Ｓ２００）で算出された応力比と予め設定した応力比の基準値とを比べて仮設計されたモノフレームの設計修正如何を判断する。
【００７７】
具体的に説明すれば、基準モノフレームが安定性の判断基準になるため、同一衝撃条件で仮設計されたモノフレームに作用する応力が基準モノフレームに作用する応力より小さいほど、仮設計されたモノフレームが相対的に安定的になる。
【００７８】
したがって、特別な事情がない限り、応力比の基準値を１に設定すれば、基準モノフレームに対する仮設計されたモノフレームの応力比が少なくとも１と同じであるか又は小さい場合、仮設計されたモノフレームが相対的に安定的であるため適合な設計と判定でき、逆に前記応力比が１より大きい場合は、仮設計されたモノフレームが基準モノフレームより相対的に不安定であって不適合な設計と判定することができる。
【表１】
0006780212.tif 000015
【００７９】
表１は、５つの仮設計されたモノフレームに対し、それぞれ本発明の演算段階（Ｓ２００）を通じて算出された応力比による安定性判断の結果表である。このような表１を参照すれば、モノフレームＡとモノフレームＤは応力比が１より大きく、モノフレームＢ、モノフレームＣ、モノフレームＥは応力比が１より小さいことが確認できる。
【００８０】
上記のように安定性判断段階（Ｓ３００）で適合判定を受けたモノフレームＢ、モノフレームＣ、モノフレームＥは、少なくとも安定性が検証されたものであって、モノフレームのコンセプト設計が殆ど完了した（Ｓ５００）と見なすことができる。
【００８１】
一方、安定性判断段階（Ｓ３００）で不適合判定を受けたモノフレームＡとモノフレームＤは、寸法の修正が必要である。したがって、図７を再度参照すれば、本発明のモノフレームの設計方法は、安定性判断段階（Ｓ３００）で不適合判定を受けた仮設計されたモノフレームの寸法のうちいずれか１つ以上を選択的に調整する追加設計段階（Ｓ４００）をさらに含むことができる。
【００８２】
前記追加設計段階（Ｓ４００）では、前記仮設計されたモノフレームの上下板の厚さ及び前記側板の厚さのうちいずれか１つ以上の厚さを既存より厚く調整することができる。
【００８３】
モノフレームの幅、長さ、高さはモノフレームの体積を決定する寸法であって設計を変更し難いが、モノフレームの上下板と側板の厚さの変更はモノフレームの体積に影響を殆ど与えない。したがって、仮設計されたモノフレームの上下板の厚さ及び／または側板の厚さをまず調整して安定性を補完することが望ましい。
【００８４】
図８は、本発明に一実施例によるモノフレームの上下板と側板の厚さ変化による応力比を示した図である。
【００８５】
図８を参照すれば、仮設計されたモノフレームは上下板の厚さが最小３ｔ水準にならなければ、基準モノフレームと類似の応力水準を有することができず、上下板の厚さが４ｔ水準では基準モノフレームより応力水準が低くなる傾向を見せることが確認できる。そして、上下板の厚さが小くなるほど、側板の厚さによる応力比の差が大きくなる。このようなモノフレームの厚さによる応力比の変化から分かるように、上下板の厚さ変化が側板の厚さ変化よりも相対的に応力比の変化に及ぼす影響が大きい。
【００８６】
したがって、追加設計段階（Ｓ４００）では、モノフレームの厚さをなるべく厚くないようにしながら応力比を下げるためには、まず上下板の厚さを特定した後、側板の厚さを決定することが望ましい。
【００８７】
これによって、追加設計段階（Ｓ４００）で仮設計されたモノフレームの修正寸法、重さのデータ情報が決定されれば、演算段階（Ｓ２００）と安定性判断段階（Ｓ３００）が繰り返して行われ得る。追加設計されたモノフレームが安定性判断段階（Ｓ３００）で適合判定と安定性が検証されれば、殆どのモノフレームのコンセプト設計が完了した（Ｓ５００）と見なすことができる。
【００８８】
上述したように本発明は、仮設計されたモノフレームを既存に安定性が検証された基準モノフレームと比べて仮設計されたモノフレームの安定性を相対的に把握することで、バッテリーモジュール設計の初期段階でモノフレームの構造頑健性の把握に必要なリードタイムを著しく短縮できるだけでなく、設計費用を節約することができる。
【００８９】
以上、本発明を望ましい実施例によって説明したが、本発明は上述した特定の望ましい実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲で請求する本発明の要旨から逸脱しない範囲で、本発明が属する技術分野で通常の知識を持つ者によって多様に変形実施可能であり、そのような変形も本発明の請求範囲内であることは言うまでもない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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