KR102166193B1 - 전기 자동차용 프레임 - Google Patents

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Abstract

전기 자동차용 프레임이 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 자동차용 프레임은 내부에 보강 리브를 갖는 직사각형의 알루미늄 압출관재를 사각으로 연결하여 내부에 배터리 수납부를 형성하는 배터리 프레임; 내부에 보강 리브를 갖는 직사각형의 알루미늄 압출관재로 이루어지는 프론트 사이드 멤버를 상기 배터리 프레임의 전방 양측에 프론트 연결 멤버를 통하여 전방을 향하도록 연결하고, 상기 배터리 프레임의 전방 하부에 프론트 서브 프레임을 연결하여 이루어지는 전방 프레임; 및 내부에 보강 리브를 갖는 직사각형의 알루미늄 압출관재로 이루어지는 리어 사이드 멤버를 상기 배터리 프레임의 후방 양측에 리어 연결 멤버를 통하여 후방을 향하도록 연결하고, 상기 배터리 프레임의 후방 하부에 리어 서브 프레임을 연결하여 이루어지는 후방 프레임을 포함한다.

Description

전기 자동차용 프레임{Frame for electric cars}
본 발명은 전기 자동차용 프레임에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다수의 알루미늄 압출관재를 이용하여 경량이면서도 구조적 강성을 확보할 수 있도록 한 전기 자동차용 프레임에 관한 것이다.
일반적으로 초소형 전기 자동차는 최고정격출력 15kw이하)이며, 전장 3.6m, 전고 2.0m, 전폭은 1.5m 로 정의된다. 이에 더해 차량 중량이 600kg 이하, 최고속도가 시속 80km/h 이하인 조건도 있다.
이에, 종전의 자동차 차체 기술을 적용하여서는 차량 중량 조건을 만족하기 어려운 바, 최근에는 전기 자동차의 차체 골격을 이루는 프레임의 소재로 경량 소재인 탄소섬유강화플라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastics)과, 알루미늄(Aluminum) 등을 적용하여 경량화와 강성 확보를 통해 주행거리에 가장 큰 영향을 주는 무게를 절감하여 한 번의 충전으로 높은 주행거리를 운행할 수 있도록 하는 연구 개발이 지속적으로 추진되고 있다.
또한, 전기 자동차는 일반 내연기관 자동차와는 달리, 고용량의 배터리 팩이 적재되는 바, 이러한 배터리 팩의 수납을 위한 프레임의 구조 개선에 대한 연구 개발도 활발하게 진행되고 있다.
이외에도, 전기 자동차용 프레임은 자동차 주행을 위한 필수적인 섀시(Chassis) 부품인 모터와 인버터 등의 동력전달장치, 조향장치, 현가장치, 제동장치 등이 조립되어야 함으로, 구조적 강성이 충분히 고려되어 설계되어야 한다.
이에, 최근 환경차 개발의 요구에 부흥하여 초소형 전기 자동차에 대한 관심이 늘어나는 추세에 따라 경량이면서도 구조적 강성이 우수하고, 배터리 팩의 수납과 섀시 부품 등의 조립성을 고려한 전기 자동차용 프레임의 개발이 요구되고 있다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 내부에 보강 리브를 갖는 다수의 알루미늄 압출관재를 이용하여 제작되는 배터리 프레임을 기준으로, 전방과 후방에 각각 섀시 부품이 조립되는 동일 소재의 전방 프레임과 후방 프레임을 고정하여 경량이면서도 구조적 강성이 우수한 전기 자동차용 프레임을 제공하고자 한다.
본 발명의 하나 또는 다수의 실시 예에서는 전기 자동차용 프레임에 있어서, 내부에 보강 리브를 갖는 직사각형의 알루미늄 압출관재를 사각으로 연결하여 내부에 배터리 수납부를 형성하는 배터리 프레임; 내부에 보강 리브를 갖는 직사각형의 알루미늄 압출관재로 이루어지는 프론트 사이드 멤버를 상기 배터리 프레임의 전방 양측에 프론트 연결 멤버를 통하여 전방을 향하도록 연결하고, 상기 배터리 프레임의 전방 하부에 프론트 서브 프레임을 연결하여 이루어지는 전방 프레임; 및 내부에 보강 리브를 갖는 직사각형의 알루미늄 압출관재로 이루어지는 리어 사이드 멤버를 상기 배터리 프레임의 후방 양측에 리어 연결 멤버를 통하여 후방을 향하도록 연결하고, 상기 배터리 프레임의 후방 하부에 리어 서브 프레임을 연결하여 이루어지는 후방 프레임을 포함하는 전기 자동차용 프레임이 제공될 수 있다.
상기 배터리 프레임은 사각의 멤버 내부에 대각선 방향으로 교차하여 각 모서리를 연결하여 형성되는 2개의 대각 리브와, 상기 대각 리브의 교차부를 지나면서 상면과 하면을 수직으로 연결하여 형성되는 수직 리브를 보강 리브로 가지며, 차폭방향 양측에 전후방향으로 배치되는 배터리 사이드 멤버; 상기 배터리 사이드 멤버와 동일한 보강 리브를 가지며, 양측 배터리 사이드 멤버의 각 전단부에 차폭방향으로 배치되어 용접되는 배터리 프론트 멤버; 및 상기 배터리 사이드 멤버와 동일한 보강 리브를 가지며, 양측 배터리 사이드 멤버의 각 후단부에 차폭방향으로 배치되어 용접되는 배터리 리어 멤버로 이루어질 수 있다.
상기 전방 프레임은 사각의 멤버 내부에 대각선 방향으로 교차하여 각 모서리를 연결하여 형성되는 2개의 대각 리브와, 상기 대각 리브의 교차부를 지나면서 상면과 하면을 수직으로 연결하여 형성되는 수직 리브를 보강 리브로 가지며, 상기 배터리 프레임의 전방의 차폭방향 양측에 전후방향으로 배치되어 각 프론트 연결 멤버를 통하여 용접되는 프론트 사이드 멤버; 상기 프론트 사이드 멤버 사이에 차폭방향으로 배치되어 양측 프론트 사이드 멤버의 각 내부 일측에 양단이 용접하는 프론트 크로스 멤버; 및 상기 배터리 프레임의 전방의 하부 양측에 각 단부가 용접되는 양측 직선부와, 상기 양측 직선부의 전단부를 연결하는 곡선형의 연결부가 일체로 형성되는 프론트 서브 프레임으로 이루어질 수 있다.
상기 프론트 연결 멤버는 상기 배터리 프레임의 전방 양측에 고정되는 각 보강 멤버를 통하여 용접될 수 있다.
상기 프론트 사이드 멤버는 상기 교차부에 원형의 관통홀이 형성될 수 있다.
상기 프론트 크로스 멤버는 일측에 경사면을 갖는 5각 단면의 중공빔으로 형성될 수 있다.
상기 프론트 서브 프레임은 상기 양측 직선부에서 연장되어 연결부로부터 돌출되는 돌출단이 일체로 형성될 수 있다.
상기 후방 프레임은 사각의 멤버 내부에 상면과 하면을 수직으로 연결하여 형성되는 2개의 수직 리브를 보강 리브로 가지며, 상기 배터리 프레임의 후방의 차폭방향 양측에 전후방향으로 배치되어 각 리어 연결 멤버를 통하여 용접되는 리어 사이드 멤버; 및 상기 배터리 프레임의 후방의 하부 양측에 각 단부가 용접되는 양측 직선부와, 상기 양측 직선부의 전단부를 연결하는 곡선형의 연결부가 일체로 형성되는 리어 서브 프레임으로 이루어질 수 있다.
상기 리어 서브 프레임은 상기 양측 직선부에서 연장되어 연결부로부터 돌출되는 돌출단이 일체로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예는 내부에 보강 리브를 갖는 다수의 알루미늄 압출관재를 이용하여 배터리 프레임을 제작하고, 배터리 프레임의 전방과 후방에 각각 섀시 부품이 조립되는 전방 프레임과 후방 프레임을 동일한 알루미늄 압출관재를 이용하여 용접 고정하여 경량화하면서도 구조적 강성을 충분히 확보할 수 있다.
또한, 차체 골격의 중심이 되는 배터리 프레임과, 전방 프레임의 프론트 사이드 멤버와, 후방 프레임의 리어 사이드 멤버는 내부에 다수의 보강 리브가 일체로 압출 성형된 알루미늄 압출관재를 적용하여 배터리 팩과 섀시 부품의 조립에도 하중에 대한 강성을 충분히 확보할 수 있다.
이외에, 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차용 프레임의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차용 프레임에 섀시 부품이 적용된 상태의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차용 프레임에 적용되는 프론트 서브 프레임의 사시도이다.
도 4는 도 1의 A-A 선에 따른 배터리 프레임의 단면도이다.
도 5는 도 1의 B-B 선에 따른 프론트 사이드 멤버의 단면도이다.
도 6은 도 1의 C-C 선에 따른 리어 사이드 멤버의 단면도이다.
도 7은 도 1의 D-D 선에 따른 프로트 크로스 멤버의 단면도이다.
도 8은 도 3의 E-E 선에 따른 프론트 서브 프레임의 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호를 적용하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차용 프레임의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차용 프레임에 섀시 부품이 적용된 상태의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차용 프레임에 적용되는 프론트 서브 프레임의 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차용 프레임은 기본적으로 배터리 팩의 수납을 위한 배터리 프레임(BF), 전방 섀시 부품을 조립하기 위한 전방 프레임(FR), 후방 섀시 부품을 조립하기 위한 후방 프레임(RR)을 포함한다.
상기 배터리 프레임(BF)은 내부에 보강 리브를 갖는 직사각형의 알루미늄 압출관재를 사각으로 연결하여 내부에 배터리 수납부(BS)를 형성한다.
즉, 상기 배터리 프레임(BF)은 배터리 사이드 멤버(11)와 배터리 프론트 멤버(13) 및 배터리 리어 멤버(15)로 이루어진다.
도 4를 참조하면, 상기 배터리 사이드 멤버(11)는 차폭방향 양측에 전후방향으로 배치되며, 사각의 멤버 내부에 2개의 대각 리브(63)와 수직 리브(65)로 이루어지는 보강 리브를 갖는데, 상기 대각 리브(63)는 멤버 내부에 대각선 방향으로 교차하여 각 모서리를 연결하여 형성되고, 상기 수직 리브(65)는 대각 리브(63)의 교차부(61)를 지나면서 멤버의 상면과 하면을 수직으로 연결하여 형성된다.
상기 배터리 프론트 멤버(13)는 배터리 사이드 멤버(11)와 동일한 보강 리브를 가지며, 양측 배터리 사이드 멤버(11)의 각 전단부에 차폭방향으로 배치되어 용접된다.
상기 배터리 리어 멤버(15)는 배터리 사이드 멤버(11)와 동일한 보강 리브를 가지며, 양측 배터리 사이드 멤버(11)의 각 후단부에 차폭방향으로 배치되어 용접된다.
그리고 상기 전방 프레임(FR)은 내부에 보강 리브를 갖는 직사각형의 알루미늄 압출관재로 이루어지는 프론트 사이드 멤버(21)를 상기 배터리 프레임(BF)의 전방 양측에 프론트 연결 멤버(23)를 통하여 전방을 향하도록 연결하고, 상기 배터리 프레임(BF)의 전방 하부에 프론트 서브 프레임(25)을 연결하여 이루어진다.
즉, 상기 전방 프레임(FR)은 프론트 사이드 멤버(21), 프론트 크로스 멤버(29), 프론트 서브 프레임(25)를 포함하여 이루어진다.
도 5를 참조하면, 상기 프론트 사이드 멤버(21)는 상기 배터리 프레임(BF)의 전방의 차폭방향 양측에 전후방향으로 배치되어 각 프론트 연결 멤버(23)를 통하여 용접된다. 이러한 프론트 사이드 멤버(21)는 사각의 멤버 내부에 2개의 대각 리브(73)와 수직 리브(75)로 이루어지는 보강 리브를 갖는데, 상기 대각 리브(73)는 멤버 내부에 대각선 방향으로 교차하여 각 모서리를 연결하여 형성되고, 상기 수직 리브(75)는 대각 리브(73)의 교차부(71)를 지나면서 멤버의 상면과 하면을 수직으로 연결하여 형성된다.
여기서, 상기 프론트 연결 멤버(23)는 상기 배터리 프레임(BF)의 전방 양측에 고정되는 각 보강 멤버(27)를 통하여 용접된다.
또한, 상기 프론트 사이드 멤버(21)는 내부의 교차부(71)에 원형의 관통홀이 형성되는 특징이 있다.
상기 프론트 크로스 멤버(29)는 상기 프론트 사이드 멤버(21) 사이에 차폭방향으로 배치되어 양측 프론트 사이드 멤버(21)의 각 내부 일측에 양단이 용접되어 고정된다.
도 7을 참조하면, 상기 프론트 크로스 멤버(29)는 일측에 경사면(29a)을 갖는 5각 단면의 중공빔으로 형성될 수 있다.
또한, 도 3을 참조하면, 상기 프론트 서브 프레임(25)는 상기 배터리 프레임(BF)의 전방의 하부 양측에 각 단부가 용접되는 양측 직선부(25a)와, 상기 양측 직선부(25a)의 전단부를 연결하는 곡선형의 연결부(25b)가 일체로 형성된다. 또한, 양측 직선부(25a)에서 연장되어 연결부(25b)로부터 돌출되는 돌출단(25c)이 일체로 형성된다.
그리고 상기 후방 프레임(RR)은 내부에 보강 리브를 갖는 직사각형의 알루미늄 압출관재로 이루어지는 리어 사이드 멤버(31)를 상기 배터리 프레임(BF)의 후방 양측에 리어 연결 멤버(33)를 통하여 후방을 향하도록 연결하고, 상기 배터리 프레임(BF)의 후방 하부에 리어 서브 프레임(35)을 연결하여 이루어진다.
즉, 상기 후방 프레임(RR)은 리어 사이드 멤버(31), 리어 서브 프레임(35)를 포함하여 이루어진다.
도 6을 참조하면, 상기 리어 사이드 멤버(31)는 상기 배터리 프레임(BF)의 후방의 차폭방향 양측에 전후방향으로 배치되어 각 리어 연결 멤버(33)를 통하여 용접된다. 이러한 리어 사이드 멤버(31)는 사각의 멤버 내부에 2개의 수직 리브(31a)로 이루어지는 보강 리브를 갖는데, 상기 수직 리브(31a)는 멤버 내부를 3등분으로 구획하면서 멤버의 상면과 하면을 수직으로 연결하여 형성된다.
상기 리어 서브 프레임(35)은 도 3의 프론트 서브 프레임(25)과 동일한 형상으로 형성되며, 방향만 반대로 배치하여 상기 배터리 프레임(BF)의 후방의 하부 양측에 각 단부가 용접되는 양측 직선부(25a)와, 상기 양측 직선부(25a)의 전단부를 연결하는 곡선형의 연결부(25b)가 일체로 형성되며, 양측 직선부(25a)에서 연장되어 연결부(25b)로부터 돌출되는 돌출단(25c)이 일체로 형성된다.
도 8을 참조하면, 상기한 프론트 서브 프레임(25)과 리어 서브 프레임(35)은 중공으로 형성된 빔의 형상으로 형성된다.
따라서 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차용 프레임은 내부에 보강 리브를 갖는 다수의 알루미늄 압출관재를 이용하여 배터리 프레임(BF)을 제작하고, 이러한 배터리 프레임(BF)의 전방과 후방 양측에 각각 섀시 부품이 조립되는 전방 프레임(FR)과 후방 프레임(RR)을 동일한 알루미늄 압출관재를 이용하여 용접 고정하여 경량화가 가능한 차체 골격구조를 제공할 수 있다.
또한, 프론트 크로스 멤버(29)와 보강 멤버(27) 등을 통하여 전체적인 프레임의 구조적 강성을 충분히 확보할 수 있도록 하였다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차용 프레임은 도 2에서 도시한 바와 같이, 차체 골격의 중심이 되는 배터리 프레임(BF)과, 전방 프레임(FR)의 프론트 사이드 멤버(21)와, 후방 프레임(RR)의 리어 사이드 멤버(31)는 내부에 다수의 보강 리브가 일체로 압출 성형된 알루미늄 압출관재를 적용하고, 프론트 크로스 멤버(29)와 함께, 프론트 로워 크로스 멤버(47)와 리어 로워 크로스 멤버(55)를 추가 적용함으로써, 배터리 팩(41)과 프론트 범퍼빔(43), 라디에이터 프레임(45), 쇽 업소버 브라켓(49) 및 휠 하우징(51), 리어 범퍼빔(53) 등의 섀시 부품의 하중에 대한 충분한 강성을 확보할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
BF: 배터리 프레임
FR: 전방 프레임
RR: 후방 프레임
11; 배터리 사이드 멤버(11)
13: 배터리 프론트 멤버
15: 배터리 리어 멤버
21: 프론트 사이드 멤버
23: 프론트 연결 멤버
25: 프론트 서브 프레임
27: 보강 멤버
29: 프론트 크로스 멤버
31: 리어 사이드 멤버
33: 리어 연결 멤버
35: 리어 서브 프레임
BS: 배터리 수납부

Claims (9)

  1. 전기 자동차용 프레임에 있어서,
    내부에 보강 리브를 갖는 직사각형의 알루미늄 압출관재를 사각으로 연결하여 내부에 배터리 수납부를 형성하는 배터리 프레임;
    내부에 보강 리브를 갖는 직사각형의 알루미늄 압출관재로 이루어지는 프론트 사이드 멤버를 상기 배터리 프레임의 전방 양측에 프론트 연결 멤버를 통하여 전방을 향하도록 연결하고, 상기 배터리 프레임의 전방 하부에 프론트 서브 프레임을 연결하여 이루어지는 전방 프레임; 및
    내부에 보강 리브를 갖는 직사각형의 알루미늄 압출관재로 이루어지는 리어 사이드 멤버를 상기 배터리 프레임의 후방 양측에 리어 연결 멤버를 통하여 후방을 향하도록 연결하고, 상기 배터리 프레임의 후방 하부에 리어 서브 프레임을 연결하여 이루어지는 후방 프레임을 포함하며,
    상기 배터리 프레임은
    사각의 멤버 내부에 대각선 방향으로 교차하여 각 모서리를 연결하여 형성되는 2개의 대각 리브와, 상기 대각 리브의 교차부를 지나면서 상면과 하면을 수직으로 연결하여 형성되는 수직 리브를 보강 리브로 가지며, 차폭방향 양측에 전후방향으로 배치되는 배터리 사이드 멤버;
    상기 배터리 사이드 멤버와 동일한 보강 리브를 가지며, 양측 배터리 사이드 멤버의 각 전단부에 차폭방향으로 배치되어 용접되는 배터리 프론트 멤버; 및
    상기 배터리 사이드 멤버와 동일한 보강 리브를 가지며, 양측 배터리 사이드 멤버의 각 후단부에 차폭방향으로 배치되어 용접되는 배터리 리어 멤버;
    로 이루어지는 전기 자동차용 프레임.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전방 프레임은
    사각의 멤버 내부에 대각선 방향으로 교차하여 각 모서리를 연결하여 형성되는 2개의 대각 리브와, 상기 대각 리브의 교차부를 지나면서 상면과 하면을 수직으로 연결하여 형성되는 수직 리브를 보강 리브로 가지며, 상기 배터리 프레임의 전방의 차폭방향 양측에 전후방향으로 배치되어 각 프론트 연결 멤버를 통하여 용접되는 프론트 사이드 멤버;
    상기 프론트 사이드 멤버 사이에 차폭방향으로 배치되어 양측 프론트 사이드 멤버의 각 내부 일측에 양단이 용접하는 프론트 크로스 멤버; 및
    상기 배터리 프레임의 전방의 하부 양측에 각 단부가 용접되는 양측 직선부와, 상기 양측 직선부의 전단부를 연결하는 곡선형의 연결부가 일체로 형성되는 프론트 서브 프레임;
    으로 이루어지는 전기 자동차용 프레임.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 프론트 연결 멤버는
    상기 배터리 프레임의 전방 양측에 고정되는 각 보강 멤버를 통하여 용접되는 전기 자동차용 프레임.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 프론트 사이드 멤버는
    상기 교차부에 원형의 관통홀이 형성되는 전기 자동차용 프레임.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 프론트 크로스 멤버는
    일측에 경사면을 갖는 5각 단면의 중공빔으로 형성되는 전기 자동차용 프레임.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 프론트 서브 프레임은
    상기 양측 직선부에서 연장되어 연결부로부터 돌출되는 돌출단이 일체로 형성되는 전기 자동차용 프레임.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 후방 프레임은
    사각의 멤버 내부에 상면과 하면을 수직으로 연결하여 형성되는 2개의 수직 리브를 보강 리브로 가지며, 상기 배터리 프레임의 후방의 차폭방향 양측에 전후방향으로 배치되어 각 리어 연결 멤버를 통하여 용접되는 리어 사이드 멤버; 및
    상기 배터리 프레임의 후방의 하부 양측에 각 단부가 용접되는 양측 직선부와, 상기 양측 직선부의 전단부를 연결하는 곡선형의 연결부가 일체로 형성되는 리어 서브 프레임;
    으로 이루어지는 전기 자동차용 프레임.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 리어 서브 프레임은
    상기 양측 직선부에서 연장되어 연결부로부터 돌출되는 돌출단이 일체로 형성되는 전기 자동차용 프레임.
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