KR101987150B1 - 전기자동차의 모듈화 부품 및 그 조립방법 - Google Patents

전기자동차의 모듈화 부품 및 그 조립방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내연기관 자동차와 전기자동차의 혼류생산이 가능하도록 하는 전기자동차의 모듈화 부품 및 그 조립방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 자동차의 모듈화 부품은, 배터리 및 모터를 구비하고 전기를 동력으로 사용하는 전기자동차에 장착되는 모듈화 부품으로서, 상기 배터리의 전력을 제어하는 인버터, 컨버터, 정션 박스, 및 충전기를 포함하는 전력전자부품이 모듈화된 전력전자부품 모듈; 상기 모터, 및 상기 모터로부터 입력된 회전속도를 변경하여 구동축에 출력하는 변속기를 포함하는 동력전달장치가 모듈화된 동력전달장치 모듈; 및 상기 전력전자부품 모듈 및 동력전달장치 모듈이 장착되도록 형성되고, 차체와 결합하는 프레임; 을 포함할 수 있다. 또한, 상기 동력전달장치 모듈은 상기 프레임에 직접 결합될 수 있다.

Description

전기자동차의 모듈화 부품 및 그 조립방법 {MODULARIZED COMPONENT AND ASSEMBLING METHOD THEREOF FOR ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 전기자동차의 전력전자부품 모듈화 부품 및 그 조립방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내연기관 자동차와 전기자동차의 혼류생산이 가능한 전기자동차의 모듈화 부품 및 그 조립방법에 관한 것이다.
일반적으로, 전기자동차(EV: electric vehicle)에는 모터, 변속기 및 전력전자부품(PE: power electronics)이 장착된다. 여기서, 전기자동차는 전기가 동력으로 사용되는 자동차의 총칭이다.
전력전자부품은 인버터, DC-DC converter, 정션 박스(junction box), 가상 엔진 사운드 시스템(VESS: virtual engine Sound System) 및 충전기 등을 포함한다. 인버터는 직류전력을 교류전력으로 변환하는 장치이고, DC-DC converter는 어떤 전압의 직류전원에서 다른 전압의 직류전원으로 변환하는 전자회로 장치이다. 또한, 정션 박스는 여러 개의 단독 커넥터와 멀티커넥터를 상호 변환시키기 위한 상자이고, 충전기는 전기자동차의 고전압 배터리를 충전하도록 구비된 장치이다.
한편, 전기자동차의 조립공정에서 전력전자부품의 장착 및 배선작업 등이 다른 부품의 조립공정과 독립적으로 그리고 추가적으로 수행된다. 따라서, 내연기관 자동차와 전기자동차가 혼류생산되는 것이 용이하지 못하다. 여기서, 혼류생산은 하나의 생산라인에서 여러 가지 차종을 생산하는 방식을 말한다.
자세히 설명하면, 전기자동차의 조립공정은 내연기관 자동차의 조립공정에 비하여 모터 및 변속기를 장착하기 위한 크로스 멤버의 장착, 모터 및 변속기 장착, 전력전자부품의 장착, 배선 작업 및 배관 작업 공정이 추가된다.
이러한 추가적인 조립공정이 각각 수행됨에 따라 전기자동차의 조립공정이 복잡해지고 작업효율이 저하될 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 내연기관 자동차와 전기자동차의 혼류생산이 가능하도록 하는 전기자동차의 모듈화 부품 및 그 조립방법을 제공하는 것이다.
또한, 전기자동차의 조립공정을 단순화시키는 전기자동차의 모듈화 부품 및 그 조립방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 자동차의 모듈화 부품은, 배터리 및 모터를 구비하고 전기를 동력으로 사용하는 전기자동차에 장착되는 모듈화 부품으로서, 상기 배터리의 전력을 제어하는 인버터, 컨버터, 정션 박스, 및 충전기를 포함하는 전력전자부품이 모듈화된 전력전자부품 모듈; 상기 모터, 및 상기 모터로부터 입력된 회전속도를 변경하여 구동축에 출력하는 변속기를 포함하는 동력전달장치가 모듈화된 동력전달장치 모듈; 및 상기 전력전자부품 모듈 및 동력전달장치 모듈이 장착되도록 형성되고, 차체와 결합하는 프레임; 을 포함할 수 있다.
또한, 상기 동력전달장치 모듈은 상기 프레임에 직접 결합될 수 있다.
상기 프레임에는 롤 마운터가 구비되고, 상기 롤 마운터가 장착되도록 브라켓이 형성되며, 상기 동력전달장치 모듈에는 상기 롤 마운터와 결합되는 서포트 브라켓이 형성될 수 있다.
상기 프레임과 상기 동력전달장치 모듈은 상기 동력전달장치의 진동이 상기 프레임 및 상기 전력전자부품 모듈에 전달되는 것이 방지되도록 롤 마운팅에 의해 결합될 수 있다.
상기 프레임은 차체의 사이드 멤버와 결합될 수 있다.
상기 사이드 멤버에는 상기 프레임과 결합되는 브라켓이 구비될 수 있다.
상기 사이드 멤버의 브라켓은 상기 프레임이 상방 및 측방에서 결합되도록 형성될 수 있다.
상기 프레임은 섀시 메리지 공정에서 차체의 프론트 엔드 모듈과 함께 데킹하여 상기 사이드 멤버에 결합될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전기자동차의 모듈화 부품 조립방법은, 전력전자부품 및 동력전달장치가 모듈화된 전기자동차의 모듈화 부품을 조립하는 방법으로서, 상기 모듈화된 전력전자부품 및 동력전달장치가 장착되도록 형성된 프레임을 준비하는 단계; 상기 프레임에 상기 전력전자부품 모듈을 장착하는 단계; 상기 프레임에 상기 동력전달장치 모듈을 장착하는 단계; 및 상기 프레임을 차체의 사이드 멤버에 장착하는 단계; 를 포함할 수 있다.
상기 프레임에 상기 전력전자부품 모듈 및 상기 동력전달장치 모듈이 동시에 장착될 수 있다.
상기 전력전자부품 모듈은 상기 프레임에 직접 장착될 수 있다.
상기 동력전달장치 모듈은 상기 프레임에 직접 장착될 수 있다.
상기 전력전자부품 모듈 및 상기 동력전달장치 모듈이 장착된 상기 프레임이 상기 사이드 멤버에 장착될 수 있다.
상기 프레임은 차체의 프론트 엔드 모듈과 함께 데킹하여 상기 사이드 멤버에 결합될 수 있다.
상기 프레임에 상기 전력전자부품 모듈 및 상기 동력전달장치 모듈을 장착하는 단계는 전기자동차의 조립공정 이전에 수행될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 모터, 변속기 및 전력전자부품을 모듈화함으로써 전기자동차의 조립공정을 단순화시킬 수 있다.
또한, 내연기관 자동차와 전기자동차가 혼류생산 될 수 있다. 따라서, 전기자동차의 추가적인 생산라인이 불필요해지고 생산비용이 절감될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차의 모듈화 부품의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차의 모듈화 부품의 조립도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차의 모듈화 부품이 차체에 장착되는 모습을 보여주는 도면이다.
도 4는 차체에 장착된 전기자동차의 모듈화 부품의 정면도이다.
도 5는 차체에 장착된 전기자동차의 모듈화 부품의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차의 모듈화 부품 조립방법을 보여주는 흐름도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차의 모듈화 부품의 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차의 모듈화 부품(10)은 전력전자부품 모듈(20), 동력전달장치 모듈(30), 및 프레임(40)을 포함한다.
상기 전력전자부품 모듈(20)은 인버터(22), 컨버터(24), 정션 박스(26), 및 충전기(28)를 포함한다.
상기 인버터(22)는 직류전력을 교류전력으로 변환하는 장치이고, 상기 컨버터(24)는 신호 또는 에너지의 모양을 바꾸는 장치이다. 여기서, 상기 컨버터(24)는 어떤 전압의 직류전원을 다른 전압의 직류전원으로 변환하는 DC-DC converter이다.
상기 정션 박스(26)는 박스는 여러 개의 단독 커넥터와 멀티커넥터를 상호 변환시키기 위한 상자이다.
상기 충전기(28)는 전기자동차의 고전압 배터리(도시하지 않음)를 충전하도록 구비된 장치이다.
한편, 상기 전력전자부품 모듈(20)은 가상 엔진 사운드 시스템(VESS, 도시하지 않음) 등의 전자부품을 더 포함할 수 있다.
상기 동력전달장치 모듈(30)은 모터(32), 및 변속기(34)와 같은 동력전달장치를 포함한다.
상기 모터(32)는 상기 고전압 배터리의 전력에 의해 구동되는 전기모터(electric motor)이다.
상기 변속기(34)는 상기 모터(32)로부터 회전속도를 입력받고, 변경된 회전속도를 출력하는 장치이다. 일반적으로 상기 변속기(34)는 입력받은 회전속도를 감속시켜 출력하는 감속기이다. 또한, 상기 변속기(34)는 변속단에 따라 입력받은 회전속도를 변경없이 그대로 출력할 수 있다.
상기 프레임(40)은 상기 전력전자부품 모듈(20) 및 상기 동력전달장치 모듈(30) 장착되도록 설정된 폭, 길이, 및 두께를 갖는다. 도 1에는 중공의 직사각형으로 형성된 상기 프레임(40)이 도시되었지만, 이에 한정되지 않는다.
한편, 상기 프레임(40)에는 롤 마운터(42)가 구비되고, 상기 동력전달장치 모듈(30)에는 서포트 브라켓(36)이 형성된다. 또한, 상기 롤 마운터(42)가 상기 서포트 브라켓(36)에 결합됨으로써 상기 프레임(40)과 상기 동력전달장치 모듈(30)은 직접 연결된다. 즉, 상기 동력전달장치 모듈(30)은 상기 프레임(40)에 직접 롤 마운팅(roll mounting)된다. 나아가, 상기 동력전달장치 모듈(30)이 상기 프레임(40)에 롤 마운팅됨으로써, 상기 동력전달장치(32, 34)의 진동이 상기 프레임(40) 및 상기 전력전자부품 모듈(20)에 전달되는 것이 방지된다.
한편, 상기 롤 마운터(42)와 상기 서포트 브라켓(36)은 마운트 볼트(mount bolt)에 의해 결합될 수 있다. 또한, 상기 프레임(40)에는 복수개의 상기 롤 마운터(42)가 구비될 수 있으며, 상기 서포트 브라켓(36)은 상기 롤 마운터(42)에 대응되는 수 및 위치를 갖도록 상기 동력전달장치 모듈(30)에 형성된다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차의 모듈화 부품의 조립도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 전력전자부품 모듈(20)은 상기 인버터(22), 컨버터(24), 정션 박스(26), 충전기(28), 및 가상 엔진 사운드 시스템 등과 같은 전자부품들의 모듈화가 완료된 후에 상기 프레임(40)의 상단에 결합된다. 또한, 상기 동력전달장치 모듈(30)은 상기 모터(32), 및 변속기(34) 등과 같은 동력전달장치들의 모듈화가 완료된 후에 상기 프레임(40)의 하단에 결합된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차의 모듈화 부품이 차체에 장착되는 모습을 보여주는 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 모듈화 부품(10)은 섀시 메리지(chassis marriage) 공정에서 프론트 엔드 모듈(front end module, 60)과 함께 차체의 하측에서 상방향으로 데킹(decking)하여 차체에 조립된다. 또한, 상기 모듈화 부품(10)은 상기 프레임(40)이 차체의 사이드 멤버(50)에 결합됨으로써 차체에 장착된다.
상기 프론트 엔드 모듈(60)은 자동차의 전면부에 배치된 여러 부품들을 모듈화한 것이다. 일반적으로 차체의 골격을 형성하는 캐리어, 헤드램프(Head Lamp), 라이에이터 어셈블리(Radiator Assembly), 및 프론트 범퍼 빔(Beam-Front Bumper) 등을 포함한다. 또한, 상기 프론트 엔드 모듈(60)은 프론트 범퍼 어셈블리(Front Bumper Assembly)를 더 포함할 수 있다. 나아가, 상기 프론트 엔드 모듈(60) 구조는 자동차의 모델에 따라 다양하게 변경되어 적용될 수 있다.
상기 사이드 멤버(50)에는 사이드 브라켓(52)이 구비된다. 또한, 상기 사이드 브라켓(52)은 상기 모듈화 부품(10)이 측방 및 하방에서 상기 사이드 멤버(50)에 결합될 수 있도록 배치된다. 즉, 측방 및 하방에서 상기 모듈화 부품(10)이 결합될 때, 상기 사이드 브라켓(52)과 상기 모듈화 부품(10) 간의 간섭이 발생되지 않도록 상기 사이드 브라켓(52)의 형상 및 배치가 설정된다.
여기서, 상기 모듈화 부품(10)은 내연기관의 엔진 및 변속기와 동일한 개념(concept)으로 장착된다. 또한, 상기 모듈화 부품(10)은 내연기관의 엔진 및 변속기와 동일한 방향으로 차체에 조립될 수 있다.
한편, 상술한 바와 같이 상기 동력전달장치 모듈(30)은 상기 프레임(40)에 롤 마운팅됨에 따라 상기 동력전달장치 모듈(30)에서 발생된 진동이 상기 사이드 멤버(50)를 통해 차체에 전달되는 것이 방지된다.
도 4는 차체에 장착된 전기자동차의 모듈화 부품의 정면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 사이드 브라켓(52)과 상기 프레임(40)은 결합부재(54)에 의해 결합된다. 여기서, 상기 결합부재(54)는 핀(pin) 또는 볼트(bolt)일 수 있다. 한편, 상기 사이드 브라켓(52)은 복수개가 구비될 수 있고, 적어도 상기 사이드 브라켓(52)에 대응되는 수의 상기 결합부재(54)에 의해 결합된다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 모듈화 부품(10)은 상, 하, 및 측방으로부터 상기 사이드 멤버에 조립될 수 있다 또한, 전기자동차의 베이스(base)가 되는 내연기관 자동차의 파워트레인 서포트 브라켓이 체결되는 방향에 따라 상기 모듈화 부품(10)의 조립방향이 결정될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따라 하나의 생산라인에서 혼류생산되는 전기자동차와 내연기관 자동차는 동일한 개념의 조립공정에 의해 조립된다.
도 5는 차체에 장착된 전기자동차의 모듈화 부품의 평면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 프레임(40)에는 프레임 브라켓(44)이 구비된다. 또한, 상기 프레임 브라켓(44)은 상기 롤 마운터(42)가 장착되도록 형성된다. 한편, 상기 프레임 브라켓(44)이 상기 프레임(40)에 구비되지 않는 경우에는 상기 롤 마운터(42)가 상기 프레임(40)과 일체로 형성될 수 있다.
한편, 상기 모듈화 부품(10)이 차체에 장착되면, 상기 변속기의 출력축(도시하지 않음)은 구동축(drive axle, 70)과 연결되도록 배치된다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전기자동차의 모듈화 부품의 조립방법을 보여주는 흐름도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 프레임(40)이 준비되면(S100), 상기 프레임(40)에 상기 전력전자부품 모듈(20)을 장착한다(S110). 또한, 상기 프레임(40)에 상기 동력전달장치 모듈(30)을 장착한다(S120).
상기 전력전자부품 모듈(20)의 장착과 상기 동력전달장치 모듈(30)의 장착은 동시에 수행될 수 있다(S110, S120). 또한, 상기 전력전자부품 모듈(20)과 상기 동력전달장치 모듈(30)은 상기 프레임(40)에 직접 장착될 수 있다. 나아가, 상기 전력전자부품 모듈(20)과 상기 동력전달장치 모듈(30)이 상기 프레임(40)에 장착됨으로써 상기 모듈화 부품(10)이 완성된다.
상기 모듈화 부품(10)이 완성되면, 전기자동차의 조립공정이 시작된다(S130).
전기자동차의 조립공정이 시작되면(S130), 상기 모듈화 부품(10)은 상기 차체의 프론트 엔드 모듈(60)과 함께 차체의 하측에 데킹(decking)된다(S140).
또한, 상기 모듈화 부품(10)은 상기 차체의 프론트 엔드 모듈(60)과 함께 차체의 하측으로부터 상방향으로 이동되고, 상기 모듈화 부품(10)의 프레임(40)이 상기 차체의 사이드 멤버(50)에 장착된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 기존의 전기자동차 조립공정에서 모터 및 변속기를 장착하기 위한 크로스 멤버의 장착, 모터 및 변속기 장착, 전력전자부품의 장착, 배선 작업 및 배관 작업 공정이 삭제된다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 모터(32), 변속기(34) 및 전력전자부품(20)을 모듈화함으로써 전기자동차의 조립공정을 단순화시킬 수 있다. 또한, 내연기관 자동차와 전기자동차가 혼류생산 될 수 있다. 따라서, 전기자동차의 추가적인 생산라인이 불필요해지고 생산비용이 절감될 수 있다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
10: 모듈화 부품 20: 전력전자부품 모듈
22: 인버터 24: 컨버터
26: 정션 박스 28 충전기
30: 동력전달장치 모듈 32: 모터
34: 변속기 36: 서포트 브라켓
40: 프레임 42: 롤 마운터
44: 프레임 브라켓 50: 사이드 멤버
52: 사이드 브라켓 54: 결합부재
60: 프론트 엔드 모듈(front end module)
70: 구동축(drive axle)

Claims (14)

  1. 배터리 및 모터를 구비하고 전기를 동력으로 사용하는 전기자동차에 장착되는 모듈화 부품에 있어서,
    상기 배터리의 전력을 제어하는 인버터, 컨버터, 정션 박스, 및 충전기를 포함하는 전력전자부품이 모듈화된 전력전자부품 모듈;
    상기 모터, 및 상기 모터로부터 입력된 회전속도를 변경하여 구동축에 출력하는 변속기를 포함하는 동력전달장치가 모듈화된 동력전달장치 모듈; 및
    상기 전력전자부품 모듈 및 동력전달장치 모듈이 장착되도록 형성되고, 차체와 결합하는 프레임;
    을 포함하되,
    상기 동력전달장치 모듈은 상기 프레임에 직접 결합되고,
    상기 프레임과 상기 동력전달장치 모듈은 상기 동력전달장치의 진동이 상기 프레임 및 상기 전력전자부품 모듈에 전달되는 것이 방지되도록 롤 마운팅에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 모듈화 부품.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프레임에는 롤 마운터가 구비되고, 상기 롤 마운터가 장착되도록 브라켓이 형성되며,
    상기 동력전달장치 모듈에는 상기 롤 마운터와 결합되는 서포트 브라켓이 형성되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 모듈화 부품.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 프레임은 차체의 사이드 멤버와 결합되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 모듈화 부품.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 사이드 멤버에는 상기 프레임과 결합되는 브라켓이 구비되는 것을 특징으로 하는 자동차의 모듈화 부품.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 사이드 멤버의 브라켓은 상기 프레임이 상방 및 측방에서 결합되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 자동차의 모듈화 부품.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 프레임은 섀시 메리지 공정에서 차체의 프론트 엔드 모듈과 함께 데킹하여 상기 사이드 멤버에 결합되는 것을 특징으로 하는 자동차의 모듈화 부품.
  8. 전력전자부품 및 동력전달장치가 모듈화된 전기자동차의 모듈화 부품을 조립하는 방법에 있어서,
    상기 모듈화된 전력전자부품 및 동력전달장치가 장착되도록 형성된 프레임을 준비하는 단계;
    상기 프레임에 상기 전력전자부품 모듈을 장착하는 단계;
    상기 프레임에 상기 동력전달장치 모듈을 장착하는 단계; 및
    상기 프레임을 차체의 사이드 멤버에 장착하는 단계;
    를 포함하되,
    상기 동력전달장치의 진동이 상기 프레임 및 상기 전력전자부품 모듈에 전달되는 것이 방지되도록 상기 동력전달장치 모듈은 롤 마운팅에 의해 상기 프레임에 장착되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 모듈화 부품 조립방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 프레임에 상기 전력전자부품 모듈 및 상기 동력전달장치 모듈이 동시에 장착되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 모듈화 부품 조립방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 전력전자부품 모듈은 상기 프레임에 직접 장착되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 모듈화 부품 조립방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 동력전달장치 모듈은 상기 프레임에 직접 장착되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 모듈화 부품 조립방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 전력전자부품 모듈 및 상기 동력전달장치 모듈이 장착된 상기 프레임이 상기 사이드 멤버에 장착되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 모듈화 부품 조립방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 프레임은 차체의 프론트 엔드 모듈과 함께 데킹하여 상기 사이드 멤버에 결합되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 모듈화 부품 조립방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 프레임에 상기 전력전자부품 모듈 및 상기 동력전달장치 모듈을 장착하는 단계는 전기자동차의 조립공정 이전에 수행되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 모듈화 부품 조립방법.
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