KR101284315B1 - 전기차량의 배터리 교환시스템 - Google Patents

전기차량의 배터리 교환시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 차량의 지붕 위에 마련되며, 하부에 고정레일이 설치된 가드구조물; 상기 고정레일과 대응되도록 저면에 이동레일이 마련되며, 상기 이동레일이 고정레일을 따라 이동되어 가드구조물의 내부 및 외부로 이동하는 배터리팩; 및 상기 가드구조물에 마련되며, 가드구조물의 내부로 이동된 배터리팩을 압박하여 배터리팩의 위치를 고정시키는 록킹수단;을 포함하여 구성되는 전기차량의 배터리 교환시스템이 소개된다.

Description

전기차량의 배터리 교환시스템{SYSTEM FOR EXCHANGING BATTERY OF ELECTROMOBILE}
본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 차량에 마련된 고전압 배터리를 신속하고 간편하게 교체하여 사용하도록 한 전기차량의 배터리 교환시스템에 관한 것이다.
최근 환경문제와 고유가 등으로 인해 전기차와 같은 환경차량에 대한 관심이 높아지고 있으며, 이같은 환경차량에 있어서 고전압 배터리는 전기차를 구성하는 핵심 부품 중 하나이다.
이러한, 고전압 배터리는 전기버스의 경우 도 1에 도시된 바와 같이 차량 지붕에 탑재되어 운행에 필요한 전기에너지를 공급하게 되는데, 배터리(1)에 충전된 전기에너지가 주행 등을 통해 방전되면 다시 배터리(1)에 전기를 충전하여 전기차를 운행할 수 있게 된다.
이에, 배터리의 경량화, 소형화 및 짧은 충전시간은 전기차량이 실용화되기 위한 필수적인 선결 조건이라 할 것이다.
그러나, 전기차에 탑재되는 배터리의 경우 배터리 용량의 증가시 이에 비례하여 배터리의 중량이 함께 증대되는 문제가 있고, 그리고 한 번 충전으로 운행할 수 있는 거리가 짧은 문제가 있으며, 또 화석연료 차량에 비해 연료(전기) 공급 시간이 긴 반면, 충전하는 동안에는 차량을 운행할 수 없는 단점이 있다.
특히, 시내주행에 사용되는 전기버스의 경우 충전시간에 많은 시간을 소모하게 됨으로써, 배차시간 조절에 문제가 발생할 수 있게 된다.
한편, 종래 기술로서 한국 공개특허공보 공개번호 10-2010-0137110호의 "팩 교환 방식의 배터리 장치"가 소개된바 있다.
그러나, 상기한 종래 기술은 하우징 내부의 충전팩을 각각 교체하는 방식으로, 이같은 방식에 의해서는 고전압 배터리의 운반이 어려운 것은 물론, 이를 통해 차량에 마련된 고전압 배터리의 신속한 교체 작업이 이루어질 수 없는 문제가 있었다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2010-0137110 A
본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 차량에 마련된 고전압 배터리를 신속하고 간편하게 교체하여 사용하도록 한 전기차량의 배터리 교환시스템을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 차량의 지붕 위에 마련되며, 하부에 고정레일이 설치된 가드구조물; 상기 고정레일과 대응되도록 저면에 이동레일이 마련되며, 상기 이동레일이 고정레일을 따라 이동되어 가드구조물의 내부 및 외부로 이동하는 배터리팩; 및 상기 가드구조물에 마련되며, 가드구조물의 내부로 이동된 배터리팩을 압박하여 배터리팩의 위치를 고정시키는 록킹수단;을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 고정레일과 이동레일의 사이에 베어링이 마련될 수 있다.
상기 고정레일은 차량의 좌우방향으로 설치되어, 배터리팩이 차량의 측방향에서 이동될 수 있다.
상기 배터리팩이 이동되는 가드구조물의 일측방이 개방 형성될 수 있다.
상기 가드구조물 내부에 배터리팩이 이동시, 배터리팩이 이와 대향 위치에 있는 가드구조물의 일면에 끼워져 배터리팩의 위치가 고정될 수 있다.
상기 배터리팩과 대향된 가드구조물의 내측면에 홈부가 마련되며, 상기 홈부와 대향 위치에 있는 배터리팩의 외형면에 돌출부가 마련될 수 있다.
상기 홈부 내측면에 고정핀부가 마련되며, 상기 고정핀부와 대향 위치에 있는 돌출부의 외형면에 고정홈부가 마련될 수 있다.
상기 배터리팩과 대향된 가드구조물의 내측면에 고정핀부가 마련되며, 상기 고정핀부와 대향 위치에 있는 배터리팩의 외형면에 고정홈부가 마련될 수 있다.
상기 록킹수단은, 배터리팩의 단부에 마련된 지지플레이트; 및 가드구조물에 설치되며, 상기 배터리팩이 가드구조물 내부에 이동시 로드가 신장되면서 지지플레이트를 압박하여 배터리팩의 위치를 고정시키도록 한 실린더;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 지지플레이트에 지지홈이 형성되며, 상기 실린더의 로드가 지지홈에 삽입 및 압박될 수 있다.
상기 지지플레이트가 수평방향으로 마련되며, 상기 실린더의 로드가 지지플레이트의 수직방향으로 압박할 수 있다.
상기 지지플레이트에 록킹기구가 더 마련되며, 상기 록킹기구는 록킹레버에 의해 가드구조물에 걸려질 수 있다.
상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 배터리팩과 가드구조물에 이동레일 및 고정레일이 설치됨으로써, 배터리팩의 탑재 위치를 정확하게 확인하여 배터리팩의 교환작업이 간편하게 이루어질 수 있고, 특히 이동레일과 고정레일 사이에 베어링이 설치되어, 배터리팩을 더욱 신속하고 간편하게 이동시켜 배터리 교환작업의 편의성을 극대화시키고, 작업소요시간을 크게 단축시킬 수 있는 효과가 있다.
더욱이, 배터리팩과 가드구조물에 돌출부 및 홈부와, 고정핀부 및 고정홈부가 형성되어 배터리팩이 가드구조물에 끼워지게 됨으로써, 배터리팩의 차량 탑재시 배터리팩의 진동을 저감하여, 배터리팩을 안정적으로 지지할 수 있는 효과가 있다.
게다가, 실린더와 록킹기구를 통해 배터리팩의 탑재 위치를 고정시키게 됨으로써, 배터리팩을 더욱 안정적으로 지지하여 배터리팩의 안정성을 확보할 수 있는 효과도 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 전기버스에 배터리 탑재 위치를 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명에 의한 전기차량에서 배터리가 탑재된 형상을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 의해 배터리를 이동시키기 위한 작동관계를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 의한 고정레일과 이동레일의 구조를 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명에 의한 배터리팩과 가드구조물의 끼움구조의 일례를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명에 의한 배터리팩과 가드구조물의 끼움구조의 다른 일례를 나타낸 도면.
도 7은 본 발명에 의한 록킹수단과 록킹기구를 나타낸 도면.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2 내지 도 7을 통해 도시된 본 발명의 전기차량의 배터리 교환시스템은, 차량의 지붕 위에 마련되며, 하부에 고정레일(11)이 설치된 가드구조물(10)과, 상기 고정레일(11)과 대응되도록 저면에 이동레일(21)이 마련되며, 상기 이동레일(21)이 고정레일(11)을 따라 이동되어 가드구조물(10)의 내부 및 외부로 이동하는 배터리팩(20)과, 상기 가드구조물(10)에 마련되며, 가드구조물(10)의 내부로 이동된 배터리팩(20)을 압박하여 배터리팩(20)의 위치를 고정시키는 록킹수단을 포함하여 구성된다.
즉, 전기버스의 지붕에 가드구조물(10)이 설치되고, 상기 가드구조물(10) 내부 또는 외부에서 배터리팩(20)이 레일을 따라 이동됨으로써, 배터리팩(20)의 탑재 위치를 정확하게 확인하여 배터리팩(20)을 간편하고 신속하게 교체 장착할 수 있게 된다.
여기서, 상기 전기버스의 지붕에는 배터리팩(20)과 가드구조물(10)을 커버하는 루프하우징(부호 생략)이 마련될 수 있다.
또한, 도면으로 도시하지는 않았으나, 배터리팩(20)의 이동에 별도의 로봇아암이 사용되지 않고, 배터리팩(20)과 동일 선상에 상하로 이동 가능한 교환스테이션을 구축함으로써, 상기 차량에 탑재된 배터리팩(20)을 교환스테이션을 통해 간편하게 교체할 수 있게 된다.
본 발명에서 상기 고정레일(11)과 이동레일(21)의 사이에 베어링(15)이 마련될 수 있다. 바람직하게는, 상기 고정레일(11) 내측에 다수의 롤러베어링이 설치되며, 이동레일(21)이 고정레일(11)을 덮는 형상으로 형성되면서 이동레일(21)의 저면이 롤러베어링이 닿게 됨으로써, 상기 이동레일(21)이 구름 이동될 수 있게 된다. 따라서, 이동레일(21)이 설치된 배터리팩(20)을 가드구조물(10)에 더욱 쉽고 간편하게 교체 장착할 수 있게 된다.
본 발명에서 상기 고정레일(11)은 차량의 좌우방향으로 설치되어, 배터리팩(20)이 차량의 측방향에서 이동될 수 있다. 즉, 배터리팩(20)이 차량의 측방향에서 이동되어 교체 장착됨으로써, 배터리팩(20)의 교체 장착이 더욱 간편하게 이루어지는 것은 물론, 차량의 발진 및 제동시 레일을 따라 배터리팩(20)이 움직이는 것을 방지할 수 있게 된다.
본 발명은 상기 배터리팩(20)이 이동되는 가드구조물(10)의 일측방이 개방 형성될 수 있다. 즉, 배터리팩(20)의 교환 및 장착이 차량의 측방향에서 이루어지는 것이 적절한 바, 배터리팩(20)이 차량의 측방향에서 이동시 가드구조물(10)에 걸리지 않고 원활하게 가드구조물(10) 내부 또는 외부로 이동될 수 있게 된다. 따라서, 배터리팩(20)의 손상 및 파손 위험을 방지하는 것은 물론, 배터리팩(20)의 교체 장착이 더욱 원활하게 이루어질 수 있게 된다.
본 발명은, 상기 가드구조물(10) 내부에 배터리팩(20)이 이동시, 배터리팩(20)이 이와 대향 위치에 있는 가드구조물(10)의 일면에 끼워져 배터리팩(20)의 위치가 고정될 수 있다.
즉, 배터리팩(20)이 가드구조물(10)의 내부로 이동되어 배터리팩(20)과 가드구조물(10)이 서로 접촉되면서, 그 접촉된 부분에서 배터리팩(20)이 가드구조물(10)에 끼워지게 됨으로써, 배터리팩(20)이 전후 방향으로 이동되는 것을 안정적으로 지지할 수 있게 된다.
본 발명은, 상기 배터리팩(20)과 대향된 가드구조물(10)의 내측면에 홈부(12)가 마련되며, 상기 홈부(12)와 대향 위치에 있는 배터리팩(20)의 외형면에 돌출부(22)가 마련될 수 있다. 적절하게는, 상기 돌출부(22)와 홈부(12)가 서로 대응되는 사다리꼴의 형상으로 각각 형성되어 배터리팩(20)의 이동시 돌출부(22)가 홈부(12)에 끼워질 수 있고, 이를 통해 배터리팩(20)의 위치를 안정적으로 고정시킬 수 있게 된다.
본 발명은, 상기 홈부(12) 내측면에 고정핀부(13)가 마련되며, 상기 고정핀부(13)와 대향 위치에 있는 돌출부(22)의 외형면에 고정홈부(23)가 마련될 수 있다.
본 발명은, 상기 배터리팩(20)과 대향된 가드구조물(10)의 내측면에 고정핀부(13)가 마련되며, 상기 고정핀부(13)와 대향 위치에 있는 배터리팩(20)의 외형면에 고정홈부(23)가 마련될 수 있다.
바람직하게는, 상기 고정핀부(13)와 고정홈부(23)가 서로 대응되는 원뿔형의 형상으로 각각 형성되어 배터리팩(20)의 이동시 고정핀부(13)가 고정홈부(23)에 끼워질 수 있다.
따라서, 상기 돌출부(22) 및 홈부(12)의 끼움 구조와 더불어 고정핀부(13)와 고정홈부(23)를 통해 배터리팩(20)의 위치를 이중으로 고정함으로써, 배터리팩(20)을 더욱 안정적으로 위치 고정시키는 것은 물론, 차량의 전후 방향을 따라 복수 마련된 끼움 구조를 통해 배터리팩(20)과 이를 지지하는 가드구조물(10)의 뒤틀림을 방지할 수 있게 된다.
본 발명에서, 상기 록킹수단은, 배터리팩(20)의 단부에 마련된 지지플레이트(30)와, 가드구조물(10)에 설치되며, 상기 배터리팩(20)이 가드구조물(10) 내부에 이동시 로드(41)가 신장되면서 지지플레이트(30)를 압박하여 배터리팩(20)의 위치를 고정시키도록 한 실린더(40)를 포함하여 구성될 수 있다.
즉, 배터리팩(20)의 외부에 설치된 강성의 지지플레이트(30)에 로드(41)가 가압되어 배터리팩(20)을 지지하게 됨으로써, 배터리팩(20)에 직접적인 압박을 가하지 않게 되는 바, 배터리팩(20)의 손상 및 파손 위험을 방지할 수 있게 된다.
여기서, 상기 실린더(40)는 공압실린더일 수 있으며, 전기버스에서 사용되는 에어탱크로부터 공기압을 전달받아 사용할 수 있다.
그리고, 상기 실린더(40)는 가드구조물(10)의 개구된 부분 전방과 후방에 각각 설치될 수 있으며, 상기 실린더(40)는 한 번의 조작으로 동시에 공압이 발생되도록 할 수 있어 배터리팩(20)의 교환 시간을 단축하게 된다.
본 발명은, 상기 지지플레이트(30)에 지지홈(31)이 형성되며, 상기 실린더(40)의 로드(41)가 지지홈(31)에 삽입 및 압박될 수 있다.
즉, 상기 실린더(40)의 로드(41)가 지지플레이트(30)의 평면상에 압박될 수 있으나, 바람직하게는 지지플레이트(30)에 형성된 지지홈(31)에 삽입되어 지지플레이트(30)를 압박하게 됨으로써, 배터리팩(20)이 좌우방향으로 움직이는 것을 더욱 안정적으로 지지할 수 있게 된다.
본 발명은 상기 지지플레이트(30)가 수평방향으로 마련되며, 상기 실린더(40)의 로드(41)가 지지플레이트(30)의 수직방향으로 압박할 수 있다.
즉, 실린더(40)의 로드(41)가 지지플레이트(30)를 하방으로 가압 및 압박하게 됨으로써, 차량의 주행 중 배터리팩(20)이 상하로 진동하는 것을 방지할 수 있고, 이로 인해 배터리팩(20)이 가드구조물(10) 내에 가이드된 위치에서 이탈되는 것을 방지할 수 있게 된다.
본 발명은, 상기 지지플레이트(30)에 록킹기구(50)가 더 마련되며, 상기 록킹기구(50)는 록킹레버(51)에 의해 가드구조물(10)에 걸려질 수 있다.
즉, 상기 지지플레이트(30) 상면에 록킹레버(51)가 힌지 결합되고, 상기 록킹레버(51)의 일부를 감싸도록 록킹플레이트(52)가 설치되되, 상기 록킹플레이트(52)에는 중간 부분이 절곡된 형상으로 록킹홈(52a)이 형성된다. 그리고, 상기 록킹레버(51)에 록킹핀(53)이 고정되고, 상기 록킹레버(51)의 힌지 결합된 부분과 록킹플레이트(52) 사이에는 스프링(54)이 마련되어 상기 스프링(54)이 록킹핀(53)을 록킹홈(52a) 방향으로 밀어내는 탄성력을 제공한다.
따라서, 배터리팩(20)이 가드구조물(10) 내부로 이동된 경우, 록킹레버(51)를 조작함에 따라 록킹핀(53)이 록킹홈(52a)에 걸려지게 됨으로써, 배터리팩(20)의 움직임을 이중으로 구속할 수 있게 되고, 이를 통해 배터리팩(20)을 더욱 안정적으로 지지할 수 있게 된다.
여기서, 상기 록킹기구(50)는 상기한 구성에 제한되는 것은 아니며, 록킹레버(51)를 통해 가드구조물(10)에 걸려질 수 있는 다양한 록킹기구가 사용될 수 있을 것이다. 일례로 상용차량의 백도어 또는 적재함을 개방 또는 폐쇄하는 구조의 록킹레버일 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 배터리팩(20)과 가드구조물(10)에 이동레일(21) 및 고정레일(11)이 설치됨으로써, 배터리팩(20)의 탑재 위치를 정확하게 확인 및 이동시켜 배터리팩(20)의 교환작업이 간편하게 이루어질 수 있고, 특히 이동레일(21)과 고정레일(11) 사이에 베어링(15)이 설치되어, 배터리팩(20)을 더욱 신속하고 간편하게 이동시켜 배터리 교환작업의 편의성을 극대화시키고, 작업소요시간을 크게 단축시킬 수 있게 된다.
또한, 배터리팩(20)과 가드구조물(10)에 돌출부(22) 및 홈부(12)와, 고정핀부(13) 및 고정홈부(23)가 형성되어 배터리팩(20)이 가드구조물(10)에 끼워지게 됨으로써, 배터리팩(20)의 차량 탑재시 배터리팩(20)의 진동을 저감하여, 배터리팩(20)을 안정적으로 지지할 수 있게 된다.
더욱이, 실린더(40)와 록킹기구(50)를 통해 배터리팩(20)의 탑재 위치를 고정시키게 됨으로써, 배터리팩(20)을 더욱 안정적으로 지지하여 배터리팩(20)의 안정성을 확보할 수 있게 된다.
한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
10 : 가드구조물 11 : 고정레일
12 : 홈부 13 : 고정핀부
15 : 베어링 20 : 배터리팩
21 : 이동레일 22 : 돌출부
23 : 고정홈부 30 : 지지플레이트
31 : 지지홈 40 : 실린더
41 : 로드 50 : 록킹기구
51 : 록킹레버

Claims (12)

  1. 차량의 지붕 위에 마련되며, 하부에 고정레일(11)이 설치된 가드구조물(10);
    상기 고정레일(11)과 대응되도록 저면에 이동레일(21)이 마련되며, 상기 이동레일(21)이 고정레일(11)을 따라 이동되어 가드구조물(10)의 내부 및 외부로 이동하는 배터리팩(20); 및
    상기 가드구조물(10)에 마련되며, 가드구조물(10)의 내부로 이동된 배터리팩(20)을 압박하여 배터리팩(20)의 위치를 고정시키는 록킹수단;을 포함하여 구성되고,
    상기 고정레일(11)은 차량의 좌우방향으로 설치되어, 배터리팩(20)이 차량의 측방향에서 이동되는 것을 특징으로 하는 전기차량의 배터리 교환시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 고정레일(11)과 이동레일(21)의 사이에 베어링(15)이 마련된 것을 특징으로 하는 전기차량의 배터리 교환시스템.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리팩(20)이 이동되는 가드구조물(10)의 일측방이 개방 형성된 것을 특징으로 하는 전기차량의 배터리 교환시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 가드구조물(10) 내부에 배터리팩(20)이 이동시, 배터리팩(20)이 이와 대향 위치에 있는 가드구조물(10)의 일면에 끼워져 배터리팩(20)의 위치가 고정되는 것을 특징으로 하는 전기차량의 배터리 교환시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 배터리팩(20)과 대향된 가드구조물(10)의 내측면에 홈부(12)가 마련되며, 상기 홈부(12)와 대향 위치에 있는 배터리팩(20)의 외형면에 돌출부(22)가 마련된 것을 특징으로 하는 전기차량의 배터리 교환시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 홈부(12) 내측면에 고정핀부(13)가 마련되며, 상기 고정핀부(13)와 대향 위치에 있는 돌출부(22)의 외형면에 고정홈부(23)가 마련된 것을 특징으로 하는 전기차량의 배터리 교환 시스템.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 배터리팩(20)과 대향된 가드구조물(10)의 내측면에 고정핀부(13)가 마련되며, 상기 고정핀부(13)와 대향 위치에 있는 배터리팩(20)의 외형면에 고정홈부(23)가 마련된 것을 특징으로 하는 전기차량의 배터리 교환시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 록킹수단은,
    배터리팩(20)의 단부에 마련된 지지플레이트(30); 및
    가드구조물(10)에 설치되며, 상기 배터리팩(20)이 가드구조물(10) 내부에 이동시 로드(41)가 신장되면서 지지플레이트(30)를 압박하여 배터리팩(20)의 위치를 고정시키도록 한 실린더(40);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전기차량의 배터리 교환시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 지지플레이트(30)에 지지홈(31)이 형성되며, 상기 실린더(40)의 로드(41)가 지지홈(31)에 삽입 및 압박되는 것을 특징으로 하는 전기차량의 배터리 교환시스템.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 지지플레이트(30)가 수평방향으로 마련되며, 상기 실린더(40)의 로드(41)가 지지플레이트(30)의 수직방향으로 압박하는 것을 특징으로 하는 전기차량의 배터리 교환시스템.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 지지플레이트(30)에 록킹기구(50)가 더 마련되며, 상기 록킹기구(50)는 록킹레버(51)에 의해 가드구조물(10)에 걸려지는 것을 특징으로 하는 전기차량의 배터리 교환시스템.
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