KR101315145B1 - 선택적 하이브리드 구동이 가능한 전기구동식 다목적 운반차량 - Google Patents

선택적 하이브리드 구동이 가능한 전기구동식 다목적 운반차량 Download PDF

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Abstract

선택적 하이브리드 구동이 가능한 전기구동식 다목적 운반차량이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 선택적 하이브리드 구동이 가능한 전기구동식 다목적 운반차량은, 배터리에서 제공되는 전기를 동력으로 하여 움직이는 차량으로서, 차량 전방 또는 후방에 견인을 위한 견인장치가 부착되어 있고, 견인장치에 탈부착이 가능한 형태의 트레이를 구비하며, 배터리에 보조전력을 제공하기 위한 발전기 팩이 트레이에 탑재된 구성을 이룸으로써, 배터리 부족 또는 방전 시 긴급한 배터리 충전을 통해 장거리 운행 및 비상운전이 가능하도록 한 것을 요지로 한다.

Description

선택적 하이브리드 구동이 가능한 전기구동식 다목적 운반차량{Electric driving type Multi-purpose Utility vehicle capable of Optional hybrid drive}
본 발명은 험로주행, 화물 및 농작물 운반, 작업기 구동 등 여러 분야에서 다양한 목적으로 폭넓게 활용되는 다목적 운반차량에 관한 것으로, 상세하게는 운전자 선택에 따라 순수 전기구동방식에서 하이브리드방식으로, 하이브리드 방식에서 순수 전기구동방식으로의 전환이 용이하게 구현될 수 있는 선택적 하이브리드 구동이 가능한 전기구동식 다목적 운반차량에 관한 것이다.
유통, 건설, 레져, 농용 등 폭넓은 분야에서 다목적 운반차량 Utility vehicle, UTV)이 최근 널리 이용되고 있다. 특히 이 다목적 운반차량은 험로주행에 유리한 구조로 되어 있기 때문에, 건설현장 또는 농업현장에서 흙이나 작물을 싣고 운반하거나 여러 가지 작업에 필요한 도구 등을 싣고 나르기 위한 운반수단으로 주로 이용된다.
또한, 기계식 엔진을 장착하던 종래와는 달리 최근에는, 배기가스가 전혀 발생되지 않고 소음이 극히 적은 전기구동방식의 다목적 운반차량에 대한 연구 및 개발이 진행되고 있다. 전기구동식은 기본적으로 구동모터 및 에너지를 저장하고 있는 배터리를 포함하는 구조로 이루어져 있으며, 배터리에서 제공된 전기를 동력으로 하여 구동모터가 차량을 움직일 수 있도록 되어 있다.
전기구동식 차량을 구현함에 있어 무엇보다 중요한 것은 보다 긴 주행거리 및 구동력 확보이다. 긴 주행거리 및 구동력의 확보를 위해서는 보다 큰 용량의 배터리가 요구되는 것은 물론이며, 배터리의 용량을 증가시킬 수 있는 아주 단순하면서도 일반적인 방법이 여러 개의 단위 배터리(또는 배터리 셀)들을 직렬 연결시킴으로써 하나의 대용량 배터리 팩을 형성시키는 방법이다.
위와 같은 방법은 직렬 연결 시 전체적인 배터리 팩의 용량이 이를 구성하는 단위 배터리 개수에 비례하여 증가하는 원리를 이용한 것으로, 이는 전체적인 배터리 모듈의 용량을 아주 단순하면서도 간단하게 증가시킬 수 있는 방법에 해당되며, 따라서 배터리를 동력원으로 이용하는 전기자동차 및 그 외 전기장비 분야에서 일반적으로 채택하고 있는 기술에 해당된다.
차체 크기에 따라 차이가 있기는 하나, 배터리 셀을 상호 연결하여 배터리 팩을 구성하더라도 배터리 팩을 탑재할 수 있는 탑재공간은 제한적일 수 밖에 없기 때문에, 배터리 팩 크기 또한 제한될 수 밖에 없다. 즉, 제한적인 탑재공간으로 인해 배터리 사이즈 또한 제한될 수 밖에 없는 것을 고려하면, 현재의 배터리 기술로는 배터리 동력만으로 충분한 주행거리 및 구동력을 갖는 차량의 구현이 어려운 것이 현실이다.
배터리 만으론 충분한 주행거리 확보가 어려운 현실에 대한 대안으로, 화석연료를 사용하는 엔진 구동력이 배터리 에너지를 보조하는 개념의 다양한 하이브리드(Hybrid) 기술이 제안되고 있다. 하이브리드 방식에는, 모터와 엔진을 병렬 배치하여 모터와 엔진의 선택적 동력접속을 구현하는 개념의 병렬 하이브리드 방식과, 모터와 엔진을 직렬 배치하여 엔진(또는 모터) 구동력을 모터(또는 엔진)가 보조하는 개념의 직렬 하이브리드 방식이 있다.
하지만 위와 같은 하이브리드 방식을 채택하려면, 하이브리드 부품 장착을 위한 추가 공간이 확보되어야 하므로 배터리 팩을 축소하거나 차량 편의 공간을 축소시켜야만 하고, 하이브리드 구현을 위한 부품의 추가에 따른 중량의 증대로 오히려 차량 구동효율이 떨어질 수 있다는 단점이 있다. 또한 하이브리드 방식 구현을 위한 부품의 추가장착으로 전체적인 차량 구조 또한 복잡해질 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 하이브리드 방식 구현을 위한 추가 공간확보가 요구되지 않고, 구동효율에 크게 영향을 주지 않으면서 복잡한 추가 구성 없이도 필요에 따라 순수 전기구동식에서 하이브리드 구동으로, 하이브리드 구동에서 순수 전기구동식으로 전환이 용이하게 이루어질 수 있는 구성의 선택적 하이브리드 구동이 가능한 전기구동식 다목적 운반차량을 제공하고자 하는 것이다.
상기 과제 해결을 위한 수단으로서 본 발명은, 배터리에서 제공되는 전기를 동력으로 하여 움직이는 다목적 운반차량으로서, 차량 전방 또는 후방에 견인을 위한 견인장치가 부착되어 있고; 상기 견인장치에 탈부착이 가능한 형태의 트레이를 구비하며; 상기 트레이에는 배터리에 보조전력을 제공하기 위한 발전기 팩이 탑재되는 것을 특징으로 하는 선택적 하이브리드 구동이 가능한 전기구동식 다목적 운반차량을 제공한다.
여기서, 상기 견인장치는 차체를 형성하는 여러 개의 차체 프레임 중 차량 선단 또는 후단에 배치되는 앞차축 프레임 또는 뒤차축 프레임의 단부에 부착될 수 있다.
상기 견인장치는 바람직하게, 상기 견인장치는, 상기 앞차축 프레임 또는 뒤차축 프레임에 고정 가능하게 부착되고 견인대상물인 트레이 연결을 위한 마운팅부를 갖는 히치와; 상기 히치의 마운팅부에 트레이를 연결했을 때 그 연결부의 결속력 유지를 위한 히치볼;로 이루어진 구성일 수 있으며, 트레이는 상기 히치의 마운팅부에 그 선단부가 탈부착식으로 결합하는 트레이 마운트를 구비할 수 있다.
또한, 본 실시예에 적용된 상기 발전기 팩은, 발전기; 연료저장을 위한 연료탱크; 및 연료탱크에서 제공된 연료로서 상기 발전기 구동을 위한 동력을 출력하는 엔진;이 하나의 모듈형태로 형성된 구성일 수 있다.
이때, 상기 발전기 팩의 무게중심이 적어도 다목적 운반차량의 최후방 단부를 위아래로 가로지르는 후단 종축선 안쪽에 위치하도록 배치함으로써, 차량 무게가 차량 후미 쪽으로 편중되는 것을 방지함이 바람직하다.
또한, 본 실시예에서 상기 발전기 팩은 운전자 조작이 용이한 운전석 주변에 배치되는 조작수단을 통해 선택적으로 가동되는 구성일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 선택적 하이브리드 구동이 가능한 전기구동식 다목적 운반차량에 의하면, 배터리 팩을 보조할 수 있는 개념의 발전기 팩이 차량 전방 또는 후방에 선택적으로 탈부착됨으로써, 선택에 따라 순수 전기구동식에서 하이브리드(hybrid)로, 하이브리드에서 순수 전기구동식으로 전환이 용이하게 이루어질 수 있다는 장점이 있다.
또한, 차량 전방 또는 후방으로의 발전기 팩 탈부착으로 선택적인 하이브리드가 구현될 수 있는 구조이기 때문에, 복잡한 추가 구성이 필요 없으며, 하이브리드 부품 장착을 위한 추가 공간확보가 요구되지 않기 때문에, 하이브리드 구현을 위해 배터리 팩을 축소하거나 차량 편의 공간을 축소시켜야 하는 등의 종래의 문제점 또한 해소할 수 있다.
게다가, 필요에 따라 발전기 팩을 선택적으로 탈부착할 수 있기 때문에, 단거리 운행과 같이 배터리 팩의 전력만으로 충분히 주행이 가능한 경우에는 발전기 팩을 떼어 낸 상태로 주행이 가능하다. 즉, 발전기 팩 장착으로 인한 중량 증대 및 그에 따른 구동효율 저하를 크게 개선할 수 있다.
더욱이, 배터리 팩 보조개념의 발전기 팩의 선택적 설치에 따른 하이브리드방식의 선택적인 구현을 통해, 순수 전기구동방식의 단점인 배터리 방전에 따른 문제 및 짧은 주행거리에 따른 운반수단으로서의 한계성 등의 문제 또한 해소할 수 있고, 구동방식의 전환이 가능함에 따라, 각 차량을 별도로 개발하지 않아도 되고 다양한 기능을 요구하는 시장의 욕구 또한 충족시킬 수 있는 효과가 기대된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 선택적 하이브리드 구동이 가능한 전기구동식 다목적 운반차량의 발전기 팩 분리 상태 사시도.
도 2 내지 도 4는 각각, 도 1에 따른 평면도, 측면도, 저면도.
도 5는 도 1에 나타난 다목적 운반차량의 내부 구성 및 구성품 배치구조를 보여주기 위한 차대 평면도.
도 6은 발전기 팩 결합 전 본 발명의 주요부를 확대 도시한 사시도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 선택적 하이브리드 구동이 가능한 전기구동식 다목적 운반차량의 발전기 팩 결합 상태 사시도.
도 8, 도 9는 각각, 도 7에 따른 측면도, 저면도.
도 10은 발전기 팩 결합 후 본 발명의 주요부를 확대 도시한 사시도.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성에 대해서는 그 상세한 설명은 생략하며, 또한 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 소지가 있는 구성에 대해서도 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 선택적 하이브리드 구동이 가능한 전기구동식 다목적 운반차량의 발전기 팩 분리 상태 사시도를 나타내며, 도 2 내지 도 4는 각각, 도 1에 따른 평면도, 측면도, 저면도이고, 도 5는 도 1에 나타난 다목적 운반차량의 내부 구성 및 구성품 배치구조를 보여주기 위한 차대 평면도이다. 그리고 도 6은 발전기 팩 결합 전 본 발명의 주요부를 확대 도시한 사시도이다.
계속해서, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 선택적 하이브리드 구동이 가능한 전기구동식 다목적 운반차량의 발전기 팩 결합 상태 사시도를 나타내고 있으며, 도 8, 도 9는 각각, 도 7에 따른 측면도, 저면도이고, 도 10은 발전기 팩 결합 후 본 발명의 주요부를 확대 도시한 사시도를 나타내고 있다.
도시된 도면들을 참조하면, 본 발명에 따른 다목적 운반차량은, 전기를 동력으로 하여 움직이는 전기구동식 운반차량으로서, 주행을 위한 동력을 발생시키는 구동모터(7)와, 구동모터(7)에 동력원인 전기에너지를 제공하는 배터리 팩(5)을 포함한다(도 5참조). 구동모터(7) 출력은 변속기(8)를 통해 주행에 적합한 동력으로 변속 출력되고, 변속된 출력은 전륜 및 후륜 구동축(10a)(10b)을 통해 전방차동장치(9a)와 후방차동장치(9b)로 전달된다.
전방차동장치(9a) 및 후방차동장치(9b)로부터 좌, 우로 연장된 축에는 좌, 우 한 쌍의 전륜(1a)과 후륜(1b)이 동력전달 가능하게 장착됨으로써 변속된 출력으로 구동하고, 전륜(1a)에 인접하여 운전자 및 동승자가 탑승할 수 있는 운전석 공간(2)이 마련된다. 운전석 공간(2)에는 착석을 위한 시트부(3)가 마련되어 있으며, 운전석 공간(2)의 대쉬보드 패널 쪽에는 조향을 위한 스티어링(부호 생략)을 포함, 각종 조작장치가 배치된다.
시트부(3) 아래 쪽에 위치한 차체 프레임에는 배터리 탑재공간(부호 생략)이 마련되어 있고, 이 배터리 탑재공간 내에 차량 구동을 위한 에너지를 공급하는 상기 배터리 팩(5)이 탑재된다. 그리고 상기 시트부(3) 후방에는 소화물 또는 작물 등을 탑재할 수 있는 데크(deck, 6)가 장치되고, 이러한 데크(6)는 차대를 구성하는 여러 프레임 중 뒤차축 프레임(12)에 의해 안정되게 지지된다.
차체를 형성하는 여러 개의 차체 프레임 중 차량 선단 또는 후단에 배치되는 앞차축 프레임(11) 또는 상기 뒤차축 프레임(12)의 단부에는 트레일러와 같은 견인대상물 견인을 위한 견인장치(14)가 부착되어 있으며, 견인장치(14)에는 트레이(16)가 탈부착 가능한 형태로 장치된다. 그리고 상기 트레이(16)에는 상기 배터리 팩(5) 방전 또는 소진으로 인한 차량 정지 시 상기 배터리 팩(5)으로 제공될 보조전력을 생성하는 발전기 팩(18)이 탑재된다.
이하 본 실시예를 설명함에 있어서는 도면과 같이 차량 후방 즉, 뒤차축 프레임(12)에 상기 견인장치(14)가 부착된 구성을 예를 들어 설명하기로 하며, 차량 전방 즉, 앞차축 프레임(11)에 견인장치가 부착된 구성에 대해서는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다. 하지만, 앞서도 설명을 통해 간단히 언급했듯이 차량 전방에 상기 견인장치가 설치되는 구성 역시 본 발명의 범주에 포함될 수 있음은 물론이다.
견인장치(14)의 바람직한 실시예로서 도 6과 같이, 상기 뒤차축 프레임(12)에 고정 가능하게 부착되고 견인대상물인 트레이(16)의 연결을 위한 마운팅부(142)를 갖는 히치(hitch, 140)와, 히치의 마운팅부(142)에 트레이를 연결했을 때 그 연결부의 결속력 유지를 위한 히치볼(hitch ball, 146)로 이루어진 구성일 수 있으며, 트레이(14)는 상기 히치의 마운팅부(142)에 그 선단부가 탈부착식으로 결합하는 트레이 마운트(144)를 구비한다.
하지만 상기 견인장치는 도 6에 도시된 형상 및 구조에 국한되는 것은 아니며, 보조전력을 생성하는 상기 발전기 팩(18)을 차량 전방 또는 후방으로 탈부착 가능하게 장치할 수 있는 구성이라면, 그 구조 및 형상에 특별한 제한 없이 다양한 형태로 적용 가능하다.
도면을 통해 구체적으로 도시하진 않았으나 상기 발전기 팩(18)은, 발전기와, 발전기 구동에 필요한 연료 저장을 위한 연료탱크와, 상기 연료탱크에서 제공된 연료로서 상기 발전기 구동을 위한 동력을 출력하는 엔진이 하나의 모듈형태로 형성된 구성일 수 있다. 이와 같은 발전기 팩은 운전석 주변에 배치되는 조작수단(미도시)으로 조작될 수 있으며, 분리/접속 가능한 전력공급선(미도시)을 매개로 배터리 팩과 전기적으로 연결된다.
전력공급선을 분리시키고 상기 발전기 팩(18) 포함, 이를 지지하는 트레이 마운트(144)를 히치(140)로부터 분리시키면, 순수 배터리 팩(5) 전력으로만 구동이 이루어지는 전기구동식 차량이 되며, 반대로 트레이 마운트(144)를 히치(140)에 연결시킨 후 배터리 팩(5)으로 연장되는 전력공급선을 발전기 팩과 연결하면, 배터리 전력을 발전기 팩(18)이 보조하는 방식의 하이브리드(hybrid) 차량이 구현될 수 있다.
즉, 필요에 따라 선택적으로 순수 전기구동방식에서 하이브리드방식의 구동이 가능하다.
한편, 도 8의 도시와 같이, 차량 후방에 견인장치(14)를 매개로 상기한 발전기 팩(18)을 부착한 경우에 있어, 상기 발전기 팩(18)의 무게중심(G)이 적어도 다목적 운반차량의 최후방 단부를 위아래로 가로지르는 후단 종축선(L) 안쪽에 위치하도록 배치함으로써, 차량 무게가 차량 후미 쪽으로 편중되는 않도록 하는 것이 좋다. 차량 후미에 중량이 편중되면 전륜 측 접지력이 상대적으로 떨어지고 후륜 측에 부하가 집중될 수 있기 때문이다.
도면에서 미설명 부호 148은 상기 트레이 마운트(144)와 히치(140) 간 보다 안전한 결속을 위한 체결핀이며, 149는 상기 체결핀이 임의로 이탈되는 것을 방지하기 위한 안전핀을 가리킨다.
상기와 같은 구성의 본 발명의 실시예에 따르면, 배터리 팩을 보조할 수 있는 개념의 발전기 팩(18)이 차량 전방 또는 후방에 선택적으로 탈부착될 수 있는 구성을 이룬다. 따라서 운전자 선택에 따라 도 7 내지 도 10과 같이 발전기 팩(18)을 부착하면 하이브리드(hybrid)방식으로, 상기 발전기 팩(18)을 탈거한 경우에는 배터리 팩(5)의 에너지 만으로 구동이 구현되는 순수 전기구동방식으로 전환될 수 있다.
또한 본 발명은, 차량 전방 또는 후방으로의 위와 같은 발전기 팩(18) 탈부착으로 선택적인 하이브리드가 구현될 수 있는 구조이기 때문에, 하이브리드 구현을 위한 복잡한 추가 구성이 필요 없으며, 또한 하이브리드 부품 장착을 위한 공간확보가 요구되지 않는다. 따라서 하이브리드 구현을 위해 배터리 팩을 축소하거나 차량 편의 공간을 축소시켜야 하는 등의 종래의 문제 또한 해소할 수 있다.
게다가, 필요에 따라 발전기 팩(18)을 선택적으로 탈부착할 수 있기 때문에, 단거리 운행과 같이 배터리 팩의 전력만으로 충분히 주행이 가능한 경우에는 발전기 팩을 떼어낸 상태로 주행이 가능하다. 즉, 발전기 팩 장착으로 인한 중량 증대 및 그에 따른 구동효율 저하를 크게 개선할 수 있다.
더욱이, 배터리 팩(5) 보조개념의 발전기 팩(18) 선택적 설치에 따른 하이브리드방식의 선택적인 구현을 통해, 순수 전기구동방식의 단점인 배터리 방전에 따른 문제 및 짧은 주행거리에 따른 운반수단으로서의 한계성 등의 문제 또한 해소할 수 있고, 구동방식의 전환이 가능함에 따라, 각 차량을 별도로 개발하지 않아도 되고 다양한 기능을 요구하는 시장의 욕구 또한 충족시킬 수 있다.
이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
1a, 1b : 전륜, 후륜 2 : 운전석 공간
3 : 시트부 5 : 배터리 팩
6 : 데크 7 : 구동모터
8 : 변속기
9a, 9b : 전방 차동장치, 후방 차동장치
10a, 10b : 전륜 구동축, 후륜 구동축
11 : 앞차축 프레임 12 : 뒤차축 프레임
14 : 견인장치 16 : 트레이
18 : 발전기 팩 140 : 히치
142 : 마운팅부 144 : 트레이 마운트
146 : 히치볼

Claims (6)

  1. 배터리에서 제공되는 전기를 동력으로 하여 움직이는 다목적 운반차량으로서,
    차량 전방 또는 후방에 견인을 위한 견인장치가 부착되어 있고,
    상기 견인장치에 탈부착이 가능한 형태의 트레이를 구비하며,
    상기 트레이에는 배터리에 보조전력을 제공하기 위한 발전기 팩이 탑재되되,
    상기 발전기 팩의 무게중심이 적어도 다목적 운반차량의 최후방 단부를 위아래로 가로지르는 후단 종축선 안쪽에 위치하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 선택적 하이브리드 구동이 가능한 전기구동식 다목적 운반차량.
  2. 배터리에서 제공되는 전기를 동력으로 하여 움직이는 다목적 운반차량으로서,
    차량 전방 또는 후방에 견인을 위한 견인장치가 부착되어 있고,
    상기 견인장치에 탈부착이 가능한 형태의 트레이를 구비하며,
    상기 트레이에는 배터리에 보조전력을 제공하기 위한 발전기 팩이 탑재되고,
    상기 발전기 팩 가동을 위한 조작수단이 운전자 조작이 용이한 운전석 주변에 배치되는 것을 특징으로 하는 선택적 하이브리드 구동이 가능한 전기구동식 다목적 운반차량.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 견인장치는 차체를 형성하는 여러 개의 차체 프레임 중 차량 선단 또는 후단에 배치되는 앞차축 프레임 또는 뒤차축 프레임의 단부에 부착되는 것을 특징으로 하는 선택적 하이브리드 구동이 가능한 전기구동식 다목적 운반차량.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 견인장치는,
    상기 앞차축 프레임 또는 뒤차축 프레임에 고정 가능하게 부착되고 견인대상물인 트레이 연결을 위한 마운팅부를 갖는 히치와;
    상기 히치의 마운팅부에 트레이를 연결했을 때 그 연결부의 결속력 유지를 위한 히치볼;로 구성되고,
    트레이는 상기 히치의 마운팅부에 그 선단부가 탈부착식으로 결합하는 트레이 마운트를 구비하는 것을 특징으로 하는 선택적 하이브리드 구동이 가능한 전기구동식 다목적 운반차량.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 발전기 팩은,
    발전기;
    연료저장을 위한 연료탱크; 및
    연료탱크에서 제공된 연료로서 상기 발전기 구동을 위한 동력을 출력하는 엔진;이 하나의 모듈형태로 형성된 구성인 것을 특징으로 하는 선택적 하이브리드 구동이 가능한 전기구동식 다목적 운반차량.
  6. 삭제
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