KR101749726B1 - 마운팅 스테이션 방식의 전지팩 및 전기 자전거 - Google Patents

마운팅 스테이션 방식의 전지팩 및 전기 자전거 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마운팅 스테이션 방식의 전지팩 및 전기 자전거에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전동 모터 및 상기 전동 모터를 구동하기 위한 전지팩이 장착되어 있는 전기 자전거로서, 만입되어 있는 구조의 전지팩 수납부, 및 상기 전지팩 수납부의 일측 단부에 위치하고 하기 전지팩의 장착 및 전기적 접속을 위한 마운팅 스테이션(Mounting Station)을 포함하고 있는 프레임 튜브(frame tube); 및 상기 마운팅 스테이션과 결합되는 체결 돌출부를 일측 단부에 구비하고 있는 전지팩을 포함하고 있으며, 상기 마운팅 스테이션은 전지팩을 프레임 튜브의 측면 방향으로부터 장착할 수 있도록 프레임 튜브에 선회 가능한 구조로 설치되어 있고, 상기 전지팩의 체결 돌출부가 삽입방식으로 결합되는 체결 만입부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 자전거를 제공한다.

Description

마운팅 스테이션 방식의 전지팩 및 전기 자전거 {A Battery Pack of Mounting Station Type for Electric Bike and E-Bike}
본 발명은 마운팅 스테이션 방식의 전지팩 및 전기 자전거에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지가 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 주목받고 있다. 따라서, 이차전지를 사용하는 애플리케이션의 종류는 이차전지의 장점으로 인해 매우 다양화되고 있으며, 향후에는 지금보다는 많은 분야와 제품들에 이차전지가 적용될 것으로 예상된다.
이러한 이차전지는 전극과 전해액의 구성에 따라 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 분류되기도 하며, 그 중 전해액의 누액 가능성이 적으며, 제조가 용이한 리튬이온 폴리머 전지의 사용량이 늘어나고 있다. 리튬이온 폴리머 전지(LiPB)는 전극(양극 및 음극)과 분리막을 열융착시킨 전극조립체에 전해액을 함침시킨 구조로서, 주로 스택형 전극조립체를 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 밀봉한 형태로서 많이 사용되고 있다. 따라서, 리튬이온 폴리머 전지를 종종 파우치형 전지로 칭하기도 한다.
이와 같이 이차전지의 적용 분야와 제품들이 다양화됨에 따라, 이차전지의 종류 또한 그에 알맞은 형상과 사이즈를 제공할 수 있도록 다양화되고 있다. 더불어, 당해 분야 및 제품들에 적용되는 전지들은 소형 경량화가 강력히 요구되고 있다.
예를 들어, 자전거는 환경친화적 교통수단으로서 대중에게 널리 이용되어 왔다. 특히, 자동차의 배기가스와 같은 대기오염물질을 배출하지 않으므로, 환경친화적이며 지속 가능한 교통수단으로 세계적으로 이용되어 왔다.
이러한 자전거는 자동차가 증가함에 따라 발생하는 주차, 소음 등과 같은 문제를 유발하지 않고 에너지 절약에도 도움이 되며, 특히 사용자의 지구력, 근력 향상 등과 같은 건강에 도움이 되고, 특히 근거리 이동에 사용할 때에 시간 및 공간을 절약할 수 있으며, 여가 활동으로도 사용할 수 있는 다양한 장점이 있다.
최근에는, 언덕이나 장거리 이동을 위해 자전거를 사용할 경우에 체력 소모가 심한 단점을 해결하고, 자전거를 더욱 편리하게 사용하기 위해 전기 자전거 또는 하이브리드 자전거 등이 개발되고 있으며, 최근의 고유가 시대에서 연료비를 절감하기 위해 자동차 대신 자전거를 이용하는 사용자가 증가하고 있는 실정이다.
따라서, 이러한 전기 자전거 또는 하이브리드 자전거 등의 사용 증가에 따른 사용자의 요구와 제품의 다양성에 부응하여 안정적인 전력을 공급하고, 자전거의 디자인을 크게 변경함이 없이 전기 자전거 또는 하이브리드 자전거 등에 적용이 용이한 경량 및 휴대성을 가진 전기 자전거용 전지 팩에 대한 필요성이 매우 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은 전지팩과 전기 자전거의 프레임 튜브를 특정 구조로 상호 체결되도록 구성함으로써, 전지팩이 전기 자전거에 안정적인 전력을 공급하면서도 소형 경량으로 전기 자전거와 일체로 체결이 용이한 컴팩트한 구조를 가지고 외부의 물리적 충격에 대해 높은 안전성의 전기 자전거를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기 자전거용 전지팩 및 전기 자전거는,
전동 모터 및 상기 전동 모터를 구동하기 위한 전지팩이 장착되어 있는 전기 자전거로서,
만입되어 있는 구조의 전지팩 수납부, 및 상기 전지팩 수납부의 일측 단부에 위치하고 하기 전지팩의 장착 및 전기적 접속을 위한 마운팅 스테이션(Mounting Station)을 포함하고 있는 프레임 튜브(frame tube); 및
상기 마운팅 스테이션과 결합되는 체결 돌출부를 일측 단부에 구비하고 있는 전지팩;
을 포함하고 있으며,
상기 마운팅 스테이션은 전지팩을 프레임 튜브의 측면 방향으로부터 장착할 수 있도록 프레임 튜브에 선회 가능한 구조로 설치되어 있고, 상기 전지팩의 체결 돌출부가 삽입방식으로 결합되는 체결 만입부가 형성되어 있는 구조로 구성되어 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전기 자전거용 전지팩 및 전기 자전거는 마운팅 스테이션을 사용하여 전지팩을 프레임 튜브에 장착할 수 있도록 선회 가능한 구조로 설치되어 고정되므로 안정적으로 전력을 공급하면서도 소형 경량으로 컴팩트한 구조를 가지고 외부의 물리적 충격에 대해 높은 안전성을 제공할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지팩 수납부는 프레임 튜브에 전지팩의 일면에 대응하는 형상으로 만입되어 있는 구조일 수 있다.
이러한 구조에서, 상기 마운팅 스테이션이 장착되어 있는 프레임 튜브는 자전거의 본체 중 전방측 핸들바와 포크와 연결되는 헤드 튜브와 동력을 전달하는 크랭크 축을 연결하는 다운 튜브일 수 있다.
이 경우에, 마운팅 스테이션이 설치되는 프레임 튜브의 상면에는 선회 축이 돌출되어 있고, 상기 선회 축이 삽입되는 관통홈이 마운팅 스테이션에 천공되어 있는 구조일 수 있다. 따라서, 마운팅 스테이션이 프레임 튜브의 돌출부에 결합되어 회전 가능한 구조일 수 있으며, 마운팅 스테이션이 프레임 튜브의 돌출부에 대응하여 결합이 용이하고, 다양한 각도로 회전 가능하도록 체결구가 구비되는 구조일 수 있다.
이에 대한 일례로서, 마운팅 스테이션은 다운 튜브의 일측에 형성된 체결 돌출부에 삽입 결합되어 있는 구조일 수 있다. 상기 체결 돌출부는 프레임 튜브에 돌출되어 형성되고, 상기 돌출된 길이방향의 단부에는 그 길이 방향에 수직 방향으로 돌기부들이 형성되어 있으므로, 마운팅 스테이션과 결합되어 선회되는 구조일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 마운팅 스테이션과 마운팅 스테이션이 장착되는 전지팩 수납부의 결합되는 면은 서로 대응하는 크기로 연결부가 매끄러운 결합 형상을 가질 수 있고, 마운팅 스테이션과 전지팩이 결합되는 면도 연결부가 매끄러운 결합 형상을 가질 수 있다.
바람직한 예에서, 프레임 튜브의 상면의 돌출된 선회 축이 상기 마운팅 스테이션에 형성된 관통홈에 결합되고, 상기 선회 축의 수직 방향으로 마운팅 스테이션의 일 측면에 체결 만입부가 형성되어 전지팩과 결합될 수 있는 구조일 수 있다.
이 경우에, 마운팅 스테이션의 체결 만입부에는 접속 커넥터가 구비되어 결합을 용이하고 견고하게 할 수 있다.
상기 마운팅 스테이션의 선회 각도는 프레임 튜브를 기준으로 15 내지 90도의 범위일 수 있다. 바람직하게, 마운팅 스테이션의 선회 각도는 프레임 튜브를 기준으로 20 내지 60도의 범위일 수 있다. 선회 각도의 범위가 상기 범위보다 크거나 작으면, 전지팩의 결합이 용이하지 않게 되어 바람직하지 않다.
하나의 구체적인 예에서, 전지팩의 체결 돌출부는 이중 단차 형태로 돌출되어 있는 구조로 이루어질 수 있다. 이에 대응하여, 상기 마운팅 스테이션의 체결 만입부는 전지팩의 체결 돌출부에 대응하는 이중 단차 형태로 만입되어 있는 구조일 수 있다. 따라서, 마운팅 스테이션과 전지팩이 견고하게 결합될 수 있다.
상기 체결 만입부는 그것이 위치하는 마운팅 스테이션의 면에서 일측으로 편향되어 형성되어 있는 구조일 수 있다. 따라서, 다양한 규격의 두께로 제조하는 경우에도 결합부의 위치는 변경됨이 없이 두께만 변형되어 제조될 수 있으며, 다른 경우에, 체결 만입부가 중앙부에 형성될 수 있는 구조일 수도 있다.
하나의 구체적인 예에서, 중력 방향을 기준으로 상기 마운팅 스테이션에 대해 전지팩 수납부의 대향 단부 측에 위치하고 전지팩 수납부에 장착된 전지팩을 고정하는 키 잠금 구조를 더 포함할 수 있다. 이 경우에, 키 잠금 구조는 마운팅 스테이션이 장착되어 있는 다운 튜브의 길이 방향을 기준으로 헤드 튜브와 연결되는 부위의 인접한 위치에 위치할 수 있다.
상기 키 잠금 구조는, 전지팩이 프레임 튜브의 전지팩 장착부에 장착된 상태에서, 전지팩의 대향 방향으로 전지팩 장착부에 천공되어 있는 잠금 홀과, 상기 잠금 홀에 대응하는 잠금 키로 이루어진 구조일 수 있다.
구체적으로, 상기 마운팅 스테이션의 일 측면에 체결 만입부가 형성되어 전지팩의 결합 돌출부와 결합되고, 그 대향 방향으로 전지팩 장착부에 잠금 홀이 천공되어 있으며, 상기 잠금 홀에 대응하여 전지팩이 하부 튜브의 전지팩 장착부에 장착되어 서로 고정시키는 구조일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지팩에는 프레임 튜브에 장착 및 분리가 용이하도록 손잡이가 형성되어 있는 구조일 수 있다.
상기 손잡이는 전지팩 내측으로 만입되어 있는 구조, 또는 전지팩 외측으로 돌출되어 있는 구조로 형성될 수 있다.
또한, 상기 전지팩은 리튬 이차 전지팩일 수 있다. 이러한 리튬 이차 전지팩을 구성하는 전지셀은 형태에 따라 다양할 수 있지만, 각형 전지셀 또는 파우치형 전지셀 또는 원통형 전지셀일 수 있다. 또, 소재에 따라, 리튬을 기반으로 하는 리튬 이차전지일 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지팩의 돌출부의 길이는 마운팅 스테이션의 길이에 비해 5 내지 20%의 길이일 수 있다. 상기 돌출부의 길이가 상기 범위 이하일 경우에는 전지팩의 결합력이 감소할 수 있고, 상기 범위 이상일 경우에는 전지팩의 용량이 감소되므로 바람직하지 않다.
바람직한 예에서, 상기 전지팩이 장착된 부위를 감싸는 수납부 커버를 추가로 포함하는 구조일 수 있고, 상기 수납부 커버는 프레임 튜브에 결합되어 고정되는 구조일 수 있다. 예를 들어, 상기 수납부 커버는 전지팩이 장착된 상태에서 전지팩을 포함하여 하부 튜브를 감싸는 구조이고, 경우에 따라, 상기 수납부 커버는 탑 튜브, 시트 튜브, 하부 튜브 또는 헤드 튜브에도 바람직하게 적용될 수 있다.
또한, 수납부 커버의 내측면에는 외부로부터의 충격을 감소시키기 위한 완충부재가 부착되어 있는 구조일 수 있다. 여기서, 완충부재는 고무 또는 합성수지로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것이 아님은 물론이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전기 자전거용 전지팩 및 전기 자전거는 전지 팩과 전기 자전거의 프레임 튜브를 특정 구조의 체결 구조로 장착되도록 구성함으로써, 전기 자전거에 안정적인 전력을 공급하면서도 소형 경량으로 컴팩트한 구조를 가지고 외부의 물리적 충격에 대해 높은 안전성을 제공할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 마운팅 스테이션이 장착된 프레임 튜브의 사시도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 마운팅 스테이션의 결합부를 개략적으로 도시한 사시도이다;
도 3 내지 도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 마운팅 스테이션에 전지팩을 결합하는 과정을 개략적으로 도시한 사시도들이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 마운팅 스테이션이 장착된 프레임 튜브의 사시도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 만입되어 있는 구조의 전지팩 수납부(133), 및 상기 전지팩 수납부(133)의 일측 단부에 위치하고 하기 전지팩의 장착 및 전기적 접속을 위한 마운팅 스테이션(200)을 포함하고 있는 프레임 튜브(100)가 도시되어 있다. 프레임 튜브(100)는 다운 튜브(130), 헤드 튜브(150), 시트 튜브(170), 및 탑 튜브(190)로 구성되어 있다.
다운 튜브(130)에는 전지팩을 장착하는 전지팩 수납부(133)가 형성되어 있고, 마운팅 스테이션(200)에 결합된 전지팩을 전지팩 수납부(133)에 고정하는 전지팩 고정부(도시하지 않음)가 구비되어 있다.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 마운팅 스테이션의 결합부를 개략적으로 도시한 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 마운팅 스테이션(200)에는 전지팩의 일측 단부에 체결 돌출부(310)가 삽입방식으로 결합되는 체결 만입부(도시하지 않음)가 형성되어 있으며, 이에 대응하여 결합되는 전지팩의 체결 돌출부(310)가 도시되어 있다. 마운팅 스테이션(200)의 길이(A)는 전지팩(300)의 체결 돌출부(310)의 길이(B)보다 50% 길게 도시되어 있다. 또한, 마운팅 스테이션(200)의 폭은 전지팩(300)의 폭(C)보다 큰 구조로 되어 있다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 마운팅 스테이션에 전지팩을 결합하는 과정을 개략적으로 도시한 사시도이다.
이들 도면을 참조하면, 전지팩(300)은 일측 단부에 체결 돌출부가 형성되어 있으며 마운팅 스테이션(200)에 화살표 방향으로 삽입방식으로 결합되게 된다. 전지팩(300)은 다운 튜브(130)에 형성되어 있는 체결 돌출부(도시하지 않음)를 중심으로 마운팅 스테이션(200)에 결합되어 함께 회전하게 되는 구조이며, 전지팩(300)이 다운 튜브(130)의 전지팩 수납부(133) 상에 위치하도록 회전한 후에, 다운 튜브(130)의 전지팩 수납부(133) 상에 위치하게 되면 전지팩 수납부(133)에 장착된 전지팩(300)을 고정하는 잠금 키(121)에 의해 고정된다.
전지팩 고정부에는 잠금 키(121)가 형성되어 있고, 이에 대응하는 전지팩(300)의 단부에는 잠금 홀(도시하지 않음)이 형성되어 있으므로 전지팩(300)이 전지팩 수납부(133)에 안정적으로 고정될 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (20)

  1. 전동 모터 및 상기 전동 모터를 구동하기 위한 전지팩이 장착되어 있는 전기 자전거로서,
    만입되어 있는 구조의 전지팩 수납부, 및 상기 전지팩 수납부의 일측 단부에 위치하고 하기 전지팩의 장착 및 전기적 접속을 위한 마운팅 스테이션(Mounting Station)을 포함하고 있는 프레임 튜브(frame tube); 및
    상기 마운팅 스테이션과 결합되는 체결 돌출부를 일측 단부에 구비하고 있는 전지팩;
    을 포함하고 있으며,
    상기 마운팅 스테이션은 전지팩을 프레임 튜브의 측면 방향으로부터 장착할 수 있도록 프레임 튜브에 선회 가능한 구조로 설치되어 있고, 상기 전지팩의 체결 돌출부가 삽입방식으로 결합되는 체결 만입부가 형성되어 있고,
    상기 전지팩의 체결 돌출부는 이중 단차 형태로 돌출되어 있는 구조로 이루어져 있고, 마운팅 스테이션의 체결 만입부는 상기 체결 돌출부에 대응하는 이중 단차 형태로 만입되어 있는 구조이며,
    상기 체결 만입부는 그것이 위치하는 마운팅 스테이션의 면에서 일측으로 편향되어 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 자전거.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지팩 수납부는 전지팩의 일면에 대응하는 형상으로 만입되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 자전거.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 마운팅 스테이션이 장착되어 있는 프레임 튜브는 자전거의 헤드 튜브(head tube)와 크랭크(crank) 축을 연결하는 다운 튜브(down tube)인 것을 특징으로 하는 전기 자전거.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 마운팅 스테이션이 설치되는 프레임 튜브의 상면에는 선회 축이 돌출되어 있고, 상기 선회 축이 삽입되는 관통홈이 마운팅 스테이션에 천공되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 자전거.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 관통홈에 수직 방향으로 마운팅 스테이션의 일 측면에 체결 만입부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 자전거.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 체결 만입부에는 접속 커넥터가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 자전거.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 마운팅 스테이션의 선회 각도는 프레임 튜브를 기준으로 15 내지 90도의 범위인 것을 특징으로 하는 전기 자전거.
  8. 삭제
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  11. 제 1 항에 있어서, 중력 방향을 기준으로 상기 마운팅 스테이션에 대해 전지팩 수납부의 대향 단부 측에 위치하고 전지팩 수납부에 장착된 전지팩을 고정하는 키 잠금(key-lock) 구조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자전거.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 키 잠금 구조는, 전지팩이 프레임 튜브의 전지팩 장착부에 장착된 상태를 기준으로, 전지팩의 대향 방향으로 전지팩 장착부에 천공되어 있는 잠금 홀과, 상기 잠금 홀에 대응하여 전지팩에 형성되어 있는 잠금 키로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기 자전거.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 전지팩에는 장착 및 분리가 용이하도록 손잡이가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 자전거.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 손잡이는 전지팩 내측으로 만입되어 있는 구조, 또는 전지팩 외측으로 돌출되어 있는 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 자전거.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 전지팩은 리튬 이차 전지팩인 것을 특징으로 하는 전기 자전거.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 전지팩의 돌출부의 길이는 마운팅 스테이션의 길이에 비해 5 내지 20%의 길이인 것을 특징으로 하는 전기 자전거.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 전지팩이 장착된 부위를 감싸는 수납부 커버를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자전거.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 수납부 커버는 프레임 튜브에 결합되어 고정되는 것을 특징으로 하는 전기 자전거.
  19. 제 17 항에 있어서, 상기 수납부 커버의 내측면에는 완충부재가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 자전거.
  20. 제 19 항에 있어서, 상기 완충부재는 고무 또는 합성수지로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 자전거.
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