[논문]자동차용 배터리 포스트 클램프의 최적화에 관한 기초적 연구

최해규; 이희성; 김춘식; 김세환; 조재웅

doi:10.5762/kais.2011.12.12.5443

[국내논문] 자동차용 배터리 포스트 클램프의 최적화에 관한 기초적 연구
Basic Study on the Optimization of Automotive Battery Post Clamp 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.12 no.12, 2011년, pp.5443 - 5449

최해규 (공주대학교 대학원 기계공학과) , 이희성 (태성전장주식회사) , 김춘식 (태성전장주식회사) , 김세환 (공주대학교 기계자동차공학부) , 조재웅 (공주대학교 기계자동차공학부)

초록
AI-Helper

Battery post clamp는 자동차부품 중 전원 케이블에 결합되어 축전지의 각각의 단자에 고정을 시켜주는 역할을 한다. 본 연구에서는 Battery Post Clamp의 단품을 가지고 재료비 절감과 차량의 무게 감소에 의하여 최적설계를 수행하였다. 설계 변수들로서 최적화함으로서 응력 및 변형량을 구하였으며, 본 연구를 통한 설계에 의해 개선된 모델을 기존 모델과 비교하였다. 이러한 최적화 값들은 배터리 부품 제조 현장에서 유용하게 적용할 수 있다고 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Battery post clamp has the role to fix each of terminals at electric condenser by connecting with the cable of power source. In this study, optimum design was achieved by reducing the material cost and the weight of vehicle with one part of battery post clamp. Stress and displacement were obtained by optimizing with design variables. The advanced model by the design through this study were compared with the original model. These optimum values can be applied usefully with the manufacturing field of battery component.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 연구에서는 배터리 단자에 외삽되는 결합홀의 설계 변수에 따라 응력 및 변형량에 미치는 영향을 알아보기 위하여 그림 7과 같이 2개소에 Input Parameter를 설정하여 최적화에 맞는 데이터 값을 찾도록 하였다.
본 연구에서는 자동차 부품 중 배터리 포스트 클램프를 유한요소해석프로그램을 이용한 최적화를 수행하였다[4]. 배터리 포스트 클램프는 자동차용 배터리 단자와 전선을 연결하는 결합구이다.
본 연구에서는 자동차용 배터리 포스트 클램프를 설계함에 있어서 최적 설계를 하기 위하여 2개소 부분에 Parameter를 지정하여 시뮬레이션 해석을 시행하였다. 시뮬레이션 해석 결과를 통하여 다음과 같은 결론을 도출하였다.

제안 방법

표 2에서는 최적화 해석을 수행하여 P1, P2의 변수에 따른 결과를 표로 나타낸 것이다. Output Parameter는 P3, P4, P5로 Mass, Total Deformation, Equivalent stress를 설정하였다.
연구모델은 태성전장㈜사에서 개발된 배터리 포스트 클램프로서, 단자와 결합구를 고정함에 있어서, 볼트의 조임으로 결합구에 변형이 일어나지 않는 강성을 갖는 몸체와, 볼트를 손쉽게 조여 결합구를 단자에 견고히 고정할 수 있는 조임수단을 구비한 클램프를 이용한 조임 구조이다. 따라서 본 연구에서는 배터리 포스트 클램프의 최적설계를 위해 Modeling은 Ansys프로그램의 Design Modeler에서 작업을 하였고, Optimization의 툴을 사용하여 최적화를 수행하여, 최적화된 설계변수를 적용하고 그 값의 유용성을 평가한다[5-6].
본 연구에서는 최적화를 수행하기 위하여 배터리 포스트 클램프에서 클램프부, 볼트와 너트, 전선 결합구 체결 고정부재를 제외한 몸체부분만을 모델링 하였으며, 형태는 그림 2와 같다.
최적화를 통하여 구조해석 결과를 비교해 보기 위하여 최적설계를 수행하기 전의 모델에서 구조해석을 실시한다.
클램프의 움푹 파인 부분에서 면의 수직방향으로 1000N의 Force를 설정한다. 클램프의 밑면과 전선 결합구 부분에 Frictionless Support의 구속조건을 설정하였다.
해석을 수행하기 위하여 모델을 그림 3과 같이 유한요소로 분할하였으며, 사용된 요소의 종류는 육면체 요소(Hex Dominant Element)이다. 해석모델의 절점 및 요소들의 43378, 11797 이다.

대상 데이터

배터리 포스트 클램프의 재질은 동을 주성분으로 한 금속을 사용하였기에 시뮬레이션에서는 동합금으로 설정하였다. 구리(Copper Alloy)합금 재료의 물성치는 표 1과 같다.
본 연구 모델의 배터리 포스트 클램프는 그림 1과 같은 형태의 포스트 클램프로서 배터리 단자에 외삽되는 몸체부분과, 조임을 갖는 클램프부, 사각형의 머리부를 갖는 볼트와 너트, 결합판에 전선 결합구를 체결고정하는 고정부재로 이루어져 있다.
배터리 포스트 클램프는 자동차용 배터리 단자와 전선을 연결하는 결합구이다. 연구모델은 태성전장㈜사에서 개발된 배터리 포스트 클램프로서, 단자와 결합구를 고정함에 있어서, 볼트의 조임으로 결합구에 변형이 일어나지 않는 강성을 갖는 몸체와, 볼트를 손쉽게 조여 결합구를 단자에 견고히 고정할 수 있는 조임수단을 구비한 클램프를 이용한 조임 구조이다. 따라서 본 연구에서는 배터리 포스트 클램프의 최적설계를 위해 Modeling은 Ansys프로그램의 Design Modeler에서 작업을 하였고, Optimization의 툴을 사용하여 최적화를 수행하여, 최적화된 설계변수를 적용하고 그 값의 유용성을 평가한다[5-6].

성능/효과

1. Candidate point의 결과값을 대입하여 구조해석을 수행하였을 때, Geometry Mass의 값은 각각 약 47.4g, 48.6g, 45.6g으로 나타났다.
2. Candidate point의 결과값을 대입하여 구조해석을 수행하였을 때, 최대 등가응력의 값이 약 531MPa에서 623MPa, 1014MPa, 1043MPa으로 나타났다.
3. Candidate point A, B 및 C를 비교하여, Mass의 값의 차이는 많이 나지 않으며, B, C일 때 보다 A일 때 응력값의 변화가 많지 않은 점을 고려하여, Candidate point A가 좋은 것으로 나타났다.
4. 최적화된 설계변수를 적용하여 Candidate point A를 적용하였을 때, 배터리 포스트 클램프의 최대 등가응력은 1.2배 증가되었지만 12% 절감 효과를 가져올 수 있었다. 따라서 이러한 최적화 값은 배터리 부품 제조 현장에서 유용하게 적용할 수 있다고 사료된다.
종합적으로 보면 Candidate point A, B 및 C를 비교하여, Mass의 값의 차이는 많이 나지 않으며, B, C일 때 보다 A일 때 응력값의 변화가 많지 않은 점을 고려하여, Candidate point A가 좋은 것으로 나타났다. 또한 최적화된 설계변수를 적용하여 Candidate point A를 적용하였을 때, 배터리 포스트 클램프의 최대 등가응력은 1.2배 증가되었지만 12% 절감 효과를 가져 올 수 있었다. 따라서 이러한 최적화 값을 부품 제조 현장에서 유용하게 적용할 수 있다고 사료된다.
종합적으로 보면 Candidate point A, B 및 C를 비교하여, Mass의 값의 차이는 많이 나지 않으며, B, C일 때 보다 A일 때 응력값의 변화가 많지 않은 점을 고려하여, Candidate point A가 좋은 것으로 나타났다. 또한 최적화된 설계변수를 적용하여 Candidate point A를 적용하였을 때, 배터리 포스트 클램프의 최대 등가응력은 1.
다음 그림 5는 포스트 클램프의 Simulation 해석 결과로 등가응력을 보여주는 그림이다. 최대 등가응력은 약 531MPa의 값을 가지는 것으로 나타났다.
그림 13은 Candidate Designs 결과 값에서 B의 Input Parameter를 적용하여 새로이 해석된 결과 중 Equivalent Stress의 값을 보여주는 그림이다. 해석 결과 Maximum값이 약 1014MPa로 나타났다.
그림 15는 Candidate Designs 결과 값에서 B의 Input Parameter를 적용하여 새로이 해석된 결과 중 Equivalent Stress의 값을 보여주는 그림이다. 해석 결과 최대값이 약 1043MPa로 나타났다.
그림 11은 Candidate Designs 결과 값에서 A의 Input Parameter를 적용하여 새로이 해석된 결과 중 Equivalent Stress의 값을 보여주는 그림이다. 해석 결과 최대값이 약 623MPa로 나타났다.

후속연구

2배 증가되었지만 12% 절감 효과를 가져올 수 있었다. 따라서 이러한 최적화 값은 배터리 부품 제조 현장에서 유용하게 적용할 수 있다고 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	배터리 포스트 클램프란 무엇인가?	본 연구에서는 자동차 부품 중 배터리 포스트 클램프를 유한요소해석프로그램을 이용한 최적화를 수행하였다 [4]. 배터리 포스트 클램프는 자동차용 배터리 단자와 전선을 연결하는 결합구이다. 연구모델은 태성전장㈜사에서 개발된 배터리 포스트 클램프로서, 단자와 결합구를 고정함에 있어서, 볼트의 조임으로 결합구에 변형이 일어나지 않는 강성을 갖는 몸체와, 볼트를 손쉽게 조여 결합 구를 단자에 견고히 고정할 수 있는 조임수단을 구비한 클램프를 이용한 조임 구조이다.
	Battery post clamp의 역할은 무엇인가?	Battery post clamp는 자동차부품 중 전원 케이블에 결합되어 축전지의 각각의 단자에 고정을 시켜주는 역할을 한다. 본 연구에서는 Battery Post Clamp의 단품을 가지고 재료비 절감과 차량의 무게 감소에 의하여 최적설계를 수행하였다.
	자동차용 배터리 포스트 클램프 최적 설계를 위하여 2개소 부분에 Parameter를 지정하여 시뮬레이션 해석한 결과는 어떠한가?	1. Candidate point의 결과값을 대입하여 구조해석을 수행하였을 때, Geometry Mass의 값은 각각 약 47.4g, 48.6g, 45.6g 으로 나타났다. 2. Candidate point의 결과값을 대입하여 구조해석을 수행하였을 때, 최대 등가응력의 값이 약 531MPa에서 623MPa, 1014MPa, 1043MPa 으로 나타났다. 3. Candidate point A, B 및 C를 비교하여, Mass의 값의 차이는 많이 나지 않으며, B, C일 때 보다 A일 때 응력값의 변화가 많지 않은 점을 고려하여, Candidate point A가 좋은 것으로 나타났다. 4. 최적화된 설계변수를 적용하여 Candidate point A를 적용하였을 때, 배터리 포스트 클램프의 최대 등가 응력은 1.2배 증가 되었지만 12% 절감 효과를 가져올 수 있었다. 따라서 이러한 최적화 값은 배터리 부품 제조 현장에서 유용하게 적용할 수 있다고 사료 된다.

참고문헌 (6)

Seo, K. K, "Optimal Design of Automatic Transmission Lever using Genetic Algorithms," Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, Vol. 4, No. 3, pp. 242-247, 2003.
Lee, B. Y, Lee, H. Seo, K. K, "Shape Optimal Design to Minimize the Weight of the pedal Arm of an Automotive Clutch," Journal of the Korea Society of Mechanical Engineers, Vol. 31, No. 2, pp. 269-276, 2007.

원문보기 상세보기
Yang, J. H, "Optimization of the Aluminum Door Impact Beam Considering the Side Door Strength and the Side Impact Capability," Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, Vol. 12, No. 5, pp. 2025-2030, 2011.

원문보기 상세보기
Han, K. T, Chu, D. R, "Optimal Design of the Forging Processes of Flare Nut for Automobile using Finite Element Analysis," Journal of the Korea Society of Marine Engineers, Vol. 28, No. 1, pp. 83-89, 2004.
Lee, K. K, Lee, Y. B. Han, S. H, "Robust Optimal Design of Disc Brake Based on Response Surface Model Considering Standard Normal Distribution of Shape Tolerance," Journal of the Korea Society of Mechanical Engineers, Vol. 34, No. 9, pp. 1305-1310, 2010.

원문보기 상세보기
Park, D. K, "Optimum Shape Design of Bumper Beam Section using Intermediate Response Surface Models," Journal of the Korea Society of Mechanical Engineers, Vol. 12, No. 3, pp. 1122-1127, 2011.

원문보기 상세보기

저자의 다른 논문 :

LOADING...

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증