KR101295087B1 - 하이브리드 전기차의 서브 프레임 마운팅 구조 - Google Patents

하이브리드 전기차의 서브 프레임 마운팅 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드 전기차의 내부 프레임 구조에 관한 것으로서, 차량 내부의 서브 프레임 및 배터리 모듈을 차량에 결합시키는 배터리 프레임을 연결하도록 형성하여, 차량 충돌시 차체 변형을 최소화하여 안정성을 극대화하는 프레임 구조에 관한 것이다.
보다 더 구체적으로 본 발명은, 충방전이 가능한 다수의 전지들을 포함하여 형성되는 배터리 모듈을 차량의 소정부위에 결합 및 장착하기 위한 배터리 프레임; 및 차체의 하부로 결합되며, 상기 배터리 모듈과 연결되어 구동되는 모터를 지지하는 서브 프레임;을 포함하되, 상기 배터리 프레임과 상기 서브프레임은 상호 연결되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기차의 서브 프레임 마운팅 구조를 제공한다.

Description

하이브리드 전기차의 서브 프레임 마운팅 구조 {Sub Frame Mounting Structure of Hybrid-Electric Vehicle}
본 발명은 하이브리드 전기차의 내부 프레임 구조에 관한 것으로서, 차량 내부의 서브 프레임 및 배터리 모듈을 차량에 결합시키는 배터리 프레임을 연결하도록 형성하여, 차량 충돌시 차체 변형을 최소화하여 안정성을 극대화하는 프레임 구조에 관한 것이다.
최근 화석연료의 고갈과 친환경 대체에너지에 대한 연구개발로 인해, 기존의 내연기관 자동차를 대체할 하이브리드 차량이 각광받고 있다.
상기 하이브리드 차량 중 태양열 자동차, 연료전지 자동차 등 다양하게 출시되고 있으나, 현재 상용화에 가장 가깝도록 발전한 것은 전기 자동차이다. 상기 전기 자동차는 배터리 등의 전기 에너지를 이용하여 전동기를 회전시켜 자동차의 주행이 이루어지도록 하는데, 화석연료가 소요되지 아니하고, 매연 등의 공해가 발생하지 않아 친환경 운송수단으로서 전세계적 주목을 받고 있다.
일반적으로 전기 자동차는 동력원으로 사용되는 배터리 어셈블리(또는 전지 어셈블리)가 자동차의 저면에 배치되고, 상기 배터리 어셈블리에 의하여 구동되는 구동모터가 차량의 프론트 측에 배치되게 된다.
이와 같이 이루어지는 전기 자동차의 배터리 어셈블리는 단순히 차량에 결합되기 위한 구조의 배터리 프레임 또는 배터리 트레이를 채용하고 있었다. 즉, 차량의 중심 하부에 위치하는 배터리 프레임이 차량 충돌 또는 추돌사고시 충격력을 분산시키거나 흡수하지 못하여 운전자의 안전을 도모하지 못하는 문제점이 있었다.
이와 더불어 기존의 전기 자동차의 서브프레임은, 차량의 전면충돌시 극히 용이하게 변형되어 차량의 실내공간을 협소화하도록 작용하여 운전자의 안전을 심각하게 해하였다.
따라서, 하이브리드 전기자동차에 있어서, 차량 충돌시 실내공간이 줄어드는 것을 최소화하고, 충격을 분산시켜 차체 변형 최소화 및 안전성을 극대화하는 프레임 구조가 요구되고 있다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 차량 내부의 서브프레임과 배터리 프레임을 연결되도록 형성함으로써, 차량 충돌시 충돌에너지가 고르게 분산되어 차체 변형을 감소시키는 하이브리드 전기차의 서브 프레임 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은, 차량의 정면 충돌시 차량의 실내공간 변형량을 최소화하여 안정성을 담보하는 하이브리드 전기차의 서브 프레임 구조를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 충방전이 가능한 다수의 전지들을 포함하여 형성되는 배터리 모듈을 차량의 소정부위에 결합 및 장착하기 위한 배터리 프레임; 및 차체의 하부로 결합되며, 상기 배터리 모듈과 연결되어 구동되는 모터를 지지하는 서브 프레임;을 포함하되, 상기 배터리 프레임과 상기 서브프레임은 상호 연결되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기차의 서브 프레임 마운팅 구조를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 배터리 프레임과 상기 서브프레임의 마운팅 높이는 동일하게 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 배터리 모듈 및 배터리 프레임은 일체형으로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 서브 프레임은, 좌측 사이드멤버와 우측 사이드멤버; 그 양단이 상기 좌측 사이드멤버와 우측 사이드멤버와 연결되도록 형성되는 제 1크로스멤버; 및 상기 좌측 사이드멤버와 우측 사이드멤버의 후방에 연결되어 형성되는 제 2크로스멤버;를 포함하여 형성되는 것이 바람직하다.
즉, 상기 서브프레임은, 상기 좌측 사이드멤버, 우측 사이드멤버, 제 1크로스멤버 및 제 2크로스멤버를 포함하여 형성되며, 상면에서 바라볼 때 "ㅁ" 자형의 형상을 나타낸다고 할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 제 1크로스맴버와 제 2크로스맴버 사이에 배터리 프레임이 설치되는 것이 바람직하다.
본 발명의 하이브리드 전기차의 서브 프레임 구조에 의하면, 서브프레임과 배터리 프레임을 연결되도록 형성함으로써, 차량 충돌시 충돌에너지가 고르게 분산되어 차체 변형을 감소시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 차량의 정면 충돌시 후방쪽 서브 프레임의 구조에 변형에 의해 차량의 실내 공간이 줄어드는 것을 최소화하여 인명사고 예방에 조력하는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 따른 서브프레임 및 배터리 프레임의 구조를 나타낸 예시도.
도 2 내지 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 전기차의 서브 프레임 마운팅 구조의 일구성도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
최근 전기 자동차는 활발한 연구가 진행되고 있으나, 충방전이 가능한 배터리의 고효율화 및 배터리 사이즈의 소형화에 치중되어 개발이 진행되어 온 것이 현실이었다. 그러나, 전기 자동차의 경우, 이러한 배터리 모듈과 모터 등의 탑재에 따라 기존의 차량 구조와는 다른 구조를 가질 수 밖에 없는 바, 그 구조 보강을 위해 다양한 보강 구조가 적용되어야 할 필요가 있다.
특히, 기존의 전기 자동차의 프레임 구조는 충돌사고 발생시 지지력 및 강성이 매우 빈약하여 운전자 및 승차자의 안전문제가 심각하게 대두된 바, 본 발명은 차량의 정면 충돌시에 차체와 서브 프레임 마운팅의 후방쪽에 변형이 생길 경우, 차량 실내의 생존 공간이 줄어들게 되는 점을 방지하고자 고안되었다.
도 1은 종래기술에 따른 서브프레임 및 배터리 프레임의 구조를 나타낸 예시도이다.
도 1은 차량의 전방부위의 정면 단면도를 도시하고 있는데, 차량의 사이드에 좌측 사이드 멤버(110) 및 우측 사이드 멤버(120)가 형성되고, 이러한 좌측 사이드 멤버(110)와 우측 사이드 멤버(120) 사이에 제 1크로스 멤버(130)가 형성되게 된다. 물론 차량의 후방쪽에 제 1크로스 멤버(130)와 동일 또는 유사한 형태의 제 2크로스 멤버(미도시)가 좌측 사이드 멤버(110) 및 우측 사이드 멤버(120) 사이에 형성되게 될 것이다.
또한, 제 1크로스 멤버(130)를 기준으로 차량의 전방측에 구동모터가 배치되게 되며, 차량의 후방측에 배터리 모듈(220)이 배치되게 된다.
그런데, 상기 제 1크로스 멤버(130)는 차량의 측면 충돌시에는 그 지지력에 의해 차체의 변형을 방지하는데 조력할 수 있으나, 차량의 정면 충돌시에는 그 자체로서 충돌에너지를 흡수하거나 분산시키지 못하는 단점이 있었다.
또한, 차량의 정면 충돌시, 좌측 사이드 멤버(110)와 우측 사이드 멤버(120)의 지지력이 파괴되면, 차량의 실내공간이 협소해져서, 운전자의 안전에 큰 위협이 되고 했었다.
한편으로, 상기 배터리 모듈(220)을 차량에 결합시키기 위한 배터리 프레임(200)의 경우에도, 일반적으로 차량의 횡방향으로 지지축이 형성됨에 따라 전면충돌시 차량의 강성을 유지하는데 조력할 수 없었다.
즉, 이러한 서브프레임 중 제 1크로스멤버(130)와 배터리 프레임(200)간의 연결부위가 없어서, 차량의 종방향으로 지지력을 배가하거나 강성을 유지할 수 없었다.
도 2 내지 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 하이브리드 전기차의 서브 프레임 마운팅 구조의 일구성도이다.
본 발명은, 종래와 같은 구조의 프레임을 갖는 전기 자동차의 충돌 시험 결과, 다른 부품의 변형에도 불구하고 배터리 프레임(200)의 경우 변형이 거의 없는 점에 착안하여 고안되었다.
즉 본 발명의 하이브리드 전기차의 서브 프레임 마운팅 구조는, 충방전이 가능한 다수의 전지들을 포함하여 형성되는 배터리 모듈(220)을 차량의 소정부위에 결합 및 장착하기 위한 배터리 프레임(200) 및 차체의 하부로 결합되며, 상기 배터리 모듈과 연결되어 구동되는 모터를 지지하는 서브 프레임을 포함하여 구성되되, 상기 배터리 프레임(200)과 상기 서브프레임은 상호 연결되도록 형성되는 것에 특징을 둔다.
여기서, 상기 서브 프레임은, 차량의 사이드에 형성되는 좌측 사이드멤버(110)와 우측 사이드멤버(120)를 기준으로, 그 양단이 상기 좌측 사이드멤버(110)와 우측 사이드멤버(120)와 연결되도록 형성되는 제 1크로스멤버(130) 및 상기 좌측 사이드멤버(110)와 우측 사이드멤버(120)의 후방에 연결되어 형성되는 제 2크로스멤버(미도시)를 포함하여 형성될 수 있다. 즉, 본 발명의 서브프레임은 상면에서 바라볼 때 "ㅁ'자형의 형상을 나타낸다고 할 수 있다.
이와 같은 서브프레임을 갖는 본 발명에 있어서, 배터리 모듈(220)과 연결되는 구동모터는 차량의 전방측, 즉 제 1 크로스멤버(130)의 앞쪽에 설치되게 되며, 상기 배터리 모듈(220)은 제 1크로스 멤버(130)와 제 2크로스멤버 사이에 설치되게 된다. 따라서, 배터리 모듈(220)을 차체에 결합시키기 위한 배터리 프레임(200)도 제 1크로스 멤버(130)와 제 2크로스멤버 사이에 설치되게 된다. 또한, 상기 배터리 모듈(220) 및 배터리 프레임(200)은 일체형으로 형성되어 차체에 간편하게 부착될 수 있을 것이다.
도 3에서 도시하는 바와 같이 본 발명의 배터리 프레임(200)은, "ㅁ"자형 서브프레임에 차량의 횡방향으로 중심지지대를 형성한 후, 제 1크로스 멤버(130)와 상기 중심지지대를 연결하도록 형성할 수 있다. 또한, 제 2크로스 멤버(미도시)와 상기 중심지지대를 연결하여 형성할 수 있다.
즉, 서브 프레임과 배터리 프레임(200)의 연결부위(400)가 2부분일 경우, 제 1크로스멤버(130)와 연결되는 배터리 프레임 부분은 "ㅕ"자형을 나타내고, 제 2크로스멤버와 연결되는 배터리 프레임 부분은 "ㅑ'자형을 나타내게 될 것이다. 물론 서브 프레임과 배터리 프레임(200)의 연결부위(400)는 2부분에 한정되지 않고, 차량의 종류와 형태에 따라서 달라질 수 있을 것이다.
또한, 상기 배터리 프레임(200)과 상기 서브프레임은 차체에 부착시 그 높이를 동일하게 형성하여, 양자의 마운팅 높이를 동일하도록 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 배터리 프레임(200)과 상기 서브프레임의 마운팅 높이 동일하게 하여야 배터리 프레임 연결부(210)에 의해 용이하게 체결할 수 있으며, 또한 차량의 전면충돌시 차량의 종방향으로의 강성유지 및 지지력을 극대화할 수 있다.
따라서, 상호 연결되는 구조로 형성되는 배터리 프레임(200)과 상기 서브프레임에 의해, 충돌시 차량의 종방향의 지지력 상실로 인한 실내공간 협소화를 방지하여, 차체변형 방지와 운전자의 안전성을 담보하는 전기자동차를 제공할 수 있을 것이다.
이상 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
110: 좌측 사이드 멤버
120: 우측 사이드 멤버
130: 제 1크로스 멤버
200: 배터리 프레임
210: 배터리 프레임 연결부
220: 배터리 모듈
300: 서브 프레임과 배터리 프레임이 분리된 부위
400: 서브 프레임과 배터리 프레임이 연결된 부위

Claims (5)

  1. 충방전이 가능한 다수의 전지들을 포함하여 형성되는 배터리 모듈을 차량의 소정부위에 결합 및 장착하기 위한 배터리 프레임 및 차체의 하부로 결합되며, 상기 배터리 모듈과 연결되어 구동되는 모터를 지지하는 서브 프레임을 포함하되, 상기 배터리 프레임과 상기 서브프레임은 상호 연결되도록 형성되는 하이브리드 전기차의 서브 프레임 마운팅 구조에 있어서,
    상기 서브 프레임은,
    좌측 사이드멤버와 우측 사이드멤버;
    그 양단이 상기 좌측 사이드멤버와 우측 사이드멤버와 연결되도록 형성되는 제 1크로스멤버; 및
    상기 좌측 사이드멤버와 우측 사이드멤버의 후방에 연결되어 형성되는 제 2크로스멤버; 를 포함하되,
    상기 제 1크로스멤버와 제 2크로스멤버 사이에 배터리 프레임이 설치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기차의 서브 프레임 마운팅 구조.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 배터리 프레임과 상기 서브프레임의 마운팅 높이는 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기차의 서브 프레임 마운팅 구조.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 배터리 모듈 및 배터리 프레임은 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 전기차의 서브 프레임 마운팅 구조.
  4. 삭제
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