KR102181540B1 - 전기 자동차의 배터리팩 자동 탈착장치 - Google Patents

전기 자동차의 배터리팩 자동 탈착장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기 자동차의 배터리팩 교체를 위한 해당 차체로부터의 배터리팩 분리 작업이 교체용 구동부를 구동시키는 간단한 스위치 조작을 통해 자동으로 진행될 수 있어, 별도의 도구 및 숙련된 기술을 갖추지 못한 운전자들의 경우에도 배터리팩의 분리 및 교체 작업을 운전자 스스로 용이하게 진행할 수 있음에 따라, 사용자의 편리성 및 전기 자동차의 주행 지속성과 기동성이 향상되는 동시에 사용자의 경제적/시간적 이득이 향상될 수 있도록 하는 전기 자동차의 배터리팩 자동 탈착장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 전기 자동차의 배터리팩 자동 탈착장치는, 전기 자동차의 차체에 설치되며 상기 전기 자동차의 배터리팩 교체용 동력을 발생시키는 구동부를 포함하는 배터리 자동 탈착부와, 상기 구동부와 연계되는 연동 구조부를 포함하여 상기 구동부의 작동에 따른 상기 연동 구조부의 연계 작동을 통해 상기 배터리 자동 탈착부에 탈착되는 배터리팩을 포함하여 구성된다.

Description

전기 자동차의 배터리팩 자동 탈착장치{Apparatus for attaching and detaching battery pack of electric vehicle}
본 발명은 전기 자동차의 배터리팩 교체를 위한 해당 차체로부터의 배터리팩 분리 작업이 교체용 구동부를 구동시키는 간단한 스위치 조작을 통해 자동으로 진행될 수 있어, 별도의 도구 및 숙련된 기술을 갖추지 못한 운전자들의 경우에도 배터리팩의 분리 및 교체 작업을 운전자 스스로 용이하게 진행할 수 있음에 따라, 사용자의 편리성 및 전기 자동차의 주행 지속성과 기동성이 향상되는 동시에 사용자의 경제적/시간적 이득이 향상될 수 있도록 하는 전기 자동차의 배터리팩 자동 탈착장치에 관한 것이다.
화석연료의 사용에 따른 대기오염 및 지구온난화 등의 문제로 자동차 분야에서도 환경 규제가 강화되고 있으며, 전기자동차(Electric Vehicle)와 같은 친환경 자동차의 보급을 통해 배출가스 저감사업이 활발히 진행되고 있다.
일반적으로 전기 자동차는 순수 전기 자동차(Battery powered electric vehicle), 전동기와 엔진을 함께 이용하는 하이브리드 전기 자동차(Hybrid electric vehicle), 연료전지 전기 자동차(Fuel cell electric vehicle) 등으로 분류될 수 있다.
그리고 전기 자동차의 활성화와 보급 확대를 위해서는 언제 어디서나 손쉽게 배터리를 충전할 수 있는 충전 인프라의 구축이 필수적이어서 이에 관해서도 다양한 연구가 진행되고 있다.
그러나 전기 자동차는 화석 연료(휘발유, 경유 등)를 이용하거나 천연가스를 이용하는 자동차와 달리 플러그인 방식으로 배터리에 전력을 충전하게 되므로, 소비자는 긴 대기시간이 요구되어 매우 불편하고, 충전시설을 운영하는 업체는 지나치게 긴 대기시간으로 인해 경제성이 없는 실정이다.
따라서 최근에는 전기 자동차의 배터리에 전원을 직접 충전하지 않고 사전에 충전시킨 배터리를 전기 자동차의 방전된 배터리와 교환하는 방식의 충전 기술이 제안되고 있다. 그리고 이러한 배터리 교체방식의 충전 기술에 의해서, 배터리 충전을 위한 별도의 대기 시간이 생략될 수 있고, 이에 따라 편리성 및 해당 전기 자동차의 주행 지속성 및 기동성이 크게 향상될 수 있게 된다.
그러나 상술한 기존의 배터리 교체방식은 차체에 부착된 배터리팩을 분리 및 재부착 시 별도의 공구가 필요한 동시에 그 작업이 용이치 않고, 따라서 자동차 운전자가 직접 작업하는 데 어려움이 있어 통상 정비소 등에 방문하여 전문 기술자의 도움을 받아야 하는 것이었다.
한국 등록특허 제10-1382308호(2014.04.08.공고), “배터리 교환식 전기 자동차의 커넥터 장·탈착 장치” 한국 공개특허 제10-2019-0122324호(2019.10.30.공개), “충전 및 교체가 용이한 전기자동차의 배터리 결합 구조” 한국 등록특허 제10-1682788호(2016.12.12.공고), “전기자동차의 배터리 교환 시스템 및 방법”
본 발명의 실시 예는 전기 자동차의 배터리팩 교체를 위한 해당 차체로부터의 배터리팩 분리 작업이 교체용 구동부를 구동시키는 간단한 스위치 조작을 통해 자동으로 진행될 수 있어, 별도의 도구 및 숙련된 기술을 갖추지 못한 운전자들의 경우에도 배터리팩의 분리 및 교체 작업을 운전자 스스로 용이하게 진행할 수 있고, 이를 통해 전기 자동차 사용자의 편리성 및 경제적/시간적 이득이 향상되는 동시에 전기 자동차의 주행 지속성과 기동성이 향상될 수 있도록 하는 전기 자동차의 배터리팩 자동 탈착장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 실시 예는 간단한 스위치 조작을 통해 전기 자동차의 차체로부터 분리되거나 전기 자동차의 차체에 부착되는 배터리팩의 인출 또는 수납 작업이 해당 배터리팩에 구비된 손잡이부를 통해 보다 용이하게 진행될 수 있는 동시에, 배터리팩의 차체에 대한 수납과 함께 배터리팩 및 해당 전기 자동차의 구동모터 간 전원 연결이 이루어질 수 있도록 하는 전기 자동차의 배터리팩 자동 탈착장치를 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차의 배터리팩 자동 탈착장치는, 전기 자동차의 차체에 설치되며, 상기 전기 자동차의 배터리팩 교체용 동력을 발생시키는 구동부를 포함하는 배터리 자동 탈착부와, 상기 구동부와 연계되는 연동 구조부를 포함하여, 상기 구동부의 작동에 따른 상기 연동 구조부의 연계 작동을 통해 상기 배터리 자동 탈착부에 탈착되는 배터리팩을 포함할 수 있다.
또한, 상기 구동부는 정역회전모터 및 상기 정역회전모터의 작동에 따라 제자리 회전되는 제1 나선부를 포함하고, 상기 연동 구조부는 상기 제1 나선부와 나사 결합되는 제2 나선부로 이루어지며, 상기 배터리 자동 탈착부에 상기 배터리팩의 수납공간이 형성되는 동시에 상기 수납공간에 수납된 상기 배터리팩의 회전을 방지하기 위한 회전 방지구가 형성되는 것일 수 있다.
또한, 상기 제1 나선부는 상기 정역회전모터의 구동축 둘레에 형성되는 나사산의 형태이며, 상기 제2 나선부는 상기 배터리팩의 일면에 상기 정역회전모터의 구동축이 삽입되도록 축 삽입홈이 형성되어 상기 축 삽입홈에 나사홈이 형성된 형태일 수 있다.
또한, 상기 회전 방지구는 상기 수납공간의 내면을 따라 형성되는 하나 또는 둘 이상의 가이드홈 및 상기 배터리팩의 상기 수납공간에 대한 수납 시 상기 가이드홈 내지 가이드홈들과 대응되어 해당 가이드홈에 삽입 및 슬라이딩되는 가이드돌기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 수납공간에 상기 배터리팩이 삽입되는 방향을 전방으로 정할 때, 상기 배터리팩의 후방 일면에는 사용자의 파지를 위한 손잡이부가 형성될 수 있다.
또한, 기 수납공간에는 상기 전기 자동차의 구동모터에 상기 배터리팩의 전원을 공급하기 위한 제1 단자가 설치되고, 상기 배터리팩에는 상기 수납공간에 수납 시 상기 제1 단자와 접속되어 상기 배터리팩의 전원을 공급하기 위한 제2 단자가 설치될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 전기 자동차의 배터리팩 교체를 위한 해당 차체로부터의 배터리팩 분리 작업이 교체용 구동부를 구동시키는 간단한 스위치 조작을 통해 자동으로 진행될 수 있어, 별도의 도구 및 숙련된 기술을 갖추지 못한 운전자들의 경우에도 배터리팩의 분리 및 교체 작업을 운전자 스스로 용이하게 진행할 수 있고, 이를 통해 전기 자동차 사용자의 편리성 및 경제적/시간적 이득이 향상되는 동시에 전기 자동차의 주행 지속성과 기동성이 향상될 수 있게 된다.
또한, 간단한 스위치 조작을 통해 전기 자동차의 차체로부터 분리되거나 전기 자동차의 차체에 부착되는 배터리팩의 인출 또는 수납 작업이 해당 배터리팩에 구비된 손잡이부를 통해 보다 용이하게 진행될 수 있는 동시에, 배터리팩의 차체에 대한 수납과 함께 배터리팩 및 해당 전기 자동차의 구동모터 간 전원 연결이 이루어질 수 있어 사용자의 편리성이 보다 향상될 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 자동차의 배터리팩 자동 탈착장치를 개략적으로 예시한 측단면도
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 자동차의 배터리팩 자동 탈착장치에서 배터리팩 및 구동부를 예시한 사시도
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 자동차의 배터리팩 자동 탈착장치에서 배터리팩 및 배터리 자동 탈착부의 구동부 간 결합 상태를 예시한 사시도
이하의 본 발명에 관한 상세한 설명들은 본 발명이 실시될 수 있는 실시 예이고 해당 실시 예의 예시로써 도시된 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시 예는 당업자가 본 발명의 실시에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시 예에 관련하여 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 기재된 실시 예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다.
따라서 후술되는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 적절하게 설명된다면 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
발명에서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 “…부”,　＂…모듈“ 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 전기 자동차의 배터리팩 자동 탈착장치에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 자동차의 배터리팩 자동 탈착장치를 개략적으로 예시한 측단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 자동차의 배터리팩 자동 탈착장치에서 배터리팩 및 구동부를 예시한 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 자동차의 배터리팩 자동 탈착장치에서 배터리팩 및 배터리 자동 탈착부의 구동부 간 결합 상태를 예시한 사시도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 자동차의 배터리팩 자동 탈착장치는 배터리 자동 탈착부(100) 및 배터리팩(200)을 포함하여 구성된다. 또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전기 자동차의 배터리팩 자동 탈착장치는 배터리팩(200)의 자동 탈착 과정에서 배터리팩(200)의 회전을 방지하기 위한 회전 방지구(300)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
배터리 자동 탈착부(100)는 전기 자동차의 차체(10)에 설치되며, 이러한 배터리 자동 탈착부(100)는 전기 자동차의 배터리팩 교체용 동력을 발생시키는 구동부(110)를 포함한다.
그리고 구동부(110)는 정역회전모터(111) 및 정역회전모터(111)의 작동에 따라 제자리 회전되는 제1 나선부(112)를 포함할 수 있다. 또한, 본 실시 예에서는 제1 나선부(112)가 정역회전모터(111)의 구동축(111a) 둘레에 형성되는 나사산의 형태인 것을 예로 하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 다시 말해 제1 나선부(112)는 정역회전모터(111)의 구동축(111a)에 결합되어 구동축(111a) 회전 시 연동하여 회전되는 동시에 그 둘레에 나사산이 형성된 별도의 구성일 수 있다.
배터리팩(200)은 배터리 자동 탈착부(100)의 구동부(110)와 연계되는 연동 구조부(210)를 포함하며, 따라서 배터리팩(200)은 구동부(110)의 작동에 따른 그 연동 구조부(210)의 연계 작동을 통해 배터리 자동 탈착부(100)에 자동 탈착된다.
그리고 배터리팩(200)의 연동 구조부(210)는 구동부(110)의 제1 나선부(112)와 나사 결합되는 제2 나선부로 이루어진다. 또한, 본 실시 예에서는 제2 나선부가 배터리팩(200)의 일면에 정역회전모터(111)의 구동축(111a)이 삽입되도록 축 삽입홈(212)이 형성되어 이러한 축 삽입홈(212)에 나사홈(211)이 형성된 형태인 것을 예로 하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
다시 말해 본 실시 예에서는 구동부(110)의 제1 나선부(112)가 나사산의 형태이고, 배터리팩(200)의 제2 나선부(211)가 나선홈을 형성한 구조를 예로 하였으나, 이와 반대로 구동부의 제1 나선부가 나선홈의 형태이고, 배터리팩의 제2 나선부가 나사산을 형성한 형태도 가능할 것이다.
그리고 배터리 자동 탈착부(100)에 배터리팩(200)의 수납공간(120)이 형성되며, 이러한 수납공간(120)에 수납된 배터리팩(200)의 회전을 방지하기 위한 회전 방지구(300)가 형성된다.
여기서, 회전 방지구(300)는 수납공간(120)의 내면을 따라 형성되는 하나 또는 둘 이상의 가이드홈(310) 및 배터리팩(200)의 수납공간(120)에 대한 수납 시 가이드홈(310) 내지 가이드홈(310)들과 대응되어 해당 가이드홈(310)에 삽입 및 슬라이딩되는 가이드돌기(320)를 포함하는 형태일 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 회전 방지구(300)는 배터리 자동 탈착부(100)의 수납공간(120) 내에서 배터리팩(200)이 회전 방지될 수 있는 조건을 만족하는 범위 내에서 공개된 다양한 기술을 통해 다양한 형태로 구현될 수 있다.
또한, 배터리 자동 탈착부(100)의 수납공간(120)에 배터리팩(200)이 삽입되는 방향을 전방으로 정할 때, 배터리팩(200)의 후방 일면에는 사용자의 파지를 위한 손잡이부(220)가 형성될 수 있다.
또한, 배터리 자동 탈착부(100)의 수납공간(120)에는 전기 자동차의 구동모터에 배터리팩(200)의 전원을 공급하기 위한 제1 단자(130)가 설치되고, 배터리팩(200)에는 배터리 자동 탈착부(100)의 수납공간(120)에 수납 시 제1 단자(130)와 접속되어 배터리팩(200)의 전원을 공급하기 위한 제2 단자(230)가 설치되는 것일 수 있다.
상술한 구성에 의해서, 전기 자동차의 배터리팩(200) 교체를 위한 해당 차체(10)로부터의 배터리팩(200) 분리 작업이 구동부(110)를 구동시키는 간단한 스위치 조작을 통해 자동으로 진행되어지고, 따라서 별도의 도구 및 숙련된 기술을 갖추지 못한 운전자들의 경우에도 배터리팩(200)의 분리 및 교체 작업을 운전자 스스로 용이하게 진행할 수 있게 된다. 그리고 이는 전기 자동차의 배터리 방전에 따른 완충된 배터리로의 교체 시 배터리 충전소 등을 방문하지 않고도 운전자가 직접 예비 완충 배터리로의 교체를 가능케 함으로써, 사용자의 편리성 및 해당 전기 자동차의 주행 지속성과 기동성이 향상되는 결과로 나타나는 동시에 사용자의 경제적/시간적 이득이 향상될 수 있게 된다.
또한, 배터리팩(200)에 형성된 손잡이부(220)를 통해 사용자는 배터리 자동 탈착부(100)에 대한 배터리팩(200)의 탈착 작업을 보다 용이하게 진행할 수 있다.
또한, 배터리 자동 탈착부(100)의 수납공간(120)에 대한 배터리팩(200)의 수납 및 부착 시 배터리팩(200)의 전원을 전기 자동차의 구동모터로 공급하기 위한 제1 단자(130) 및 제2 단자(230)의 접속이 이루어지는 것이므로, 배터리팩(200) 및 전기 자동차의 구동모터 간 전원 연결이 비교적 용이한 구조 및 과정을 통해 이루어질 수 있게 된다.
이상과 같이 본 설명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시 예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서 본 발명의 사상은 설명된 실시 예에 국한되어 정하여 저서는 안되며, 후술되는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등하거나 등가적인 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10 : 차체 100 : 배터리 자동 탈착부
110 : 구동부 111 : 정역회전모터
111a : 구동축 112 : 제1 나선부
120 : 수납공간 130 : 제1 단자
200 : 배터리팩 210 : 연동 구조부
212 : 축 삽입홈 220 : 손잡이부
230 : 제2 단자 300 : 회전 방지구
310 : 가이드홈 320 : 가이드돌기

Claims (6)

  1. 전기 자동차의 차체에 설치되며, 상기 전기 자동차의 배터리팩 교체용 동력을 발생시키는 구동부를 포함하는 배터리 자동 탈착부; 및
    상기 구동부와 연계되는 연동 구조부를 포함하여, 상기 구동부의 작동에 따른 상기 연동 구조부의 연계 작동을 통해 상기 배터리 자동 탈착부에 탈착되는 배터리팩을 포함하는 전기 자동차의 배터리팩 자동 탈착장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동부는 정역회전모터 및 상기 정역회전모터의 작동에 따라 제자리 회전되는 제1 나선부를 포함하고, 상기 연동 구조부는 상기 제1 나선부와 나사 결합되는 제2 나선부로 이루어지며,
    상기 배터리 자동 탈착부에 상기 배터리팩의 수납공간이 형성되는 동시에 상기 수납공간에 수납된 상기 배터리팩의 회전을 방지하기 위한 회전 방지구가 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 배터리팩 자동 탈착장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 나선부는 상기 정역회전모터의 구동축 둘레에 형성되는 나사산의 형태이며, 상기 제2 나선부는 상기 배터리팩의 일면에 상기 정역회전모터의 구동축이 삽입되도록 축 삽입홈이 형성되어 상기 축 삽입홈에 나사홈이 형성된 형태인 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 배터리팩 자동 탈착장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 회전 방지구는 상기 수납공간의 내면을 따라 형성되는 하나 또는 둘 이상의 가이드홈 및 상기 배터리팩의 상기 수납공간에 대한 수납 시 상기 가이드홈 내지 가이드홈들과 대응되어 해당 가이드홈에 삽입 및 슬라이딩되는 가이드돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 배터리팩 자동 탈착장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 수납공간에 상기 배터리팩이 삽입되는 방향을 전방으로 정할 때, 상기 배터리팩의 후방 일면에는 사용자의 파지를 위한 손잡이부가 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 배터리팩 자동 탈착장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 수납공간에는 상기 전기 자동차의 구동모터에 상기 배터리팩의 전원을 공급하기 위한 제1 단자가 설치되고, 상기 배터리팩에는 상기 수납공간에 수납 시 상기 제1 단자와 접속되어 상기 배터리팩의 전원을 공급하기 위한 제2 단자가 설치되는 것을 특징으로 하는 전기 자동차의 배터리팩 자동 탈착장치.
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