KR20130069111A

KR20130069111A - 전기 자동차용 배터리의 탈착장치

Info

Publication number: KR20130069111A
Application number: KR1020110136669A
Authority: KR
Inventors: 유치만; 심주섭; 박용규; 장웅성; 김윤하; 박준석; 최웅철; 정재일; 김원규
Original assignee: 주식회사 모텍스; 국민대학교산학협력단; 한국항공대학교산학협력단
Priority date: 2011-12-16
Filing date: 2011-12-16
Publication date: 2013-06-26
Also published as: KR101338913B1

Abstract

본 발명은 전기 자동차용 배터리의 탈착장치에 관한 것으로서, 전기 자동차에 형성되어 배터리를 탈착가능하게 탑재하는 배터리 장착부와; 상기 배터리 장착부에 탑재된 배터리와 교환하기 위한 완충 배터리를 각각 탈착가능하게 탑재하는 복수의 배터리 받침대들이 형성된 적재대와; 상기 배터리 장착부와 배터리 받침대 사이를 이동장치에 의해 X축, Y축 및 Z축으로 이동하면서, 상기 배터리 장착부 또는 배터리 받침대에 장착된 배터리를 탈거한 후, 상기 배터리 받침대 또는 배터리 장착부에 교환,장착하는 것으로서, 상기 배터리 장착부 또는 배터리 받침대와 동일수직선상을 기준으로 기설정된 오차범위 내에서 수직 또는 수평방향으로 불일치를 이루더라도 상기 배터리를 배터리 장착부 또는 배터리 받침대로 하강시켜 안착이 이루어지도록 하는 배터리 탈착부를 포함하는 것을 특징으로 하며, 이에 따라 여러 가지 이유(타이어 공기압 차이, 승객의 쏠림 현상, 운전자가 정확한 교체위치로 전기 자동차를 정차시키기 어려움 등)로 전기 자동차의 배터리 장착부가 이동장치의 배터리 탈착부와 동일수직선상에 위치되지 못하고 다소 어긋난 위치에 위치하더라도, 배터리가 배터리 장착부에 대하여 탈착이 용이하게 이루어지는 효과가 제공된다.

Description

전기 자동차용 배터리의 탈착장치{Attach and detach device of battery for electric vehicle}

본 발명은 전기 자동차용 배터리의 탈착장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기 자동차의 배터리 장착부에 탑재된 방전 예정인 배터리와, 별도의 적재대에 적재되어 있는 충전이 완료된 배터리를 탈착하여 교환하여 주는 전기 자동차용 배터리의 탈착장치에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차는 연료로서 휘발유와 경유 등의 석유와, LPG, LNG 등의 가스를 주로 사용하고 있는데, 이러한 석유와 가스는 한정된 지하자원이어서 점차 가격부담이 커지고 있고, 또한 환경오염을 유발하는 문제로 인하여 점차적으로 대체연료에 대한 수요가 급증하고 있다.

이에, 최근에는 자동차의 대체연료로서 전기 배터리가 많이 상용화되고 있는 실정인데, 이러한 전기 배터리는 장시간 충전을 해야 하는 문제로 인하여 효율성이 저하되어 아직까지 실용화되지 못하고 있다.

본 발명은 전기 자동차용 배터리를 장시간 충전하지 않고, 방전 예정인 배터리를 충전이 완료된 배터리로 단시간 내에 간편하게 자동으로 교환해주도록 하는 전기 자동차용 배터리의 탈착장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

특히, 버스의 경우 특정 승강장 등에 충전이 완료된 배터리들을 복수개 배치시키고, 이 충전이 완료된 배터리들 중 어느 하나를 방전 예정인 버스의 배터리와 용이하게 탈착하여 교환해주도록 하는 전기 자동차용 배터리의 탈착장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

더욱이, 본 발명은 여러 가지 이유(타이어 공기압 차이, 승객의 쏠림 현상, 운전자가 정확한 교체위치로 전기 자동차를 정차시키기 어려움 등)로 전기 자동차의 배터리 장착부를 이동장치의 배터리 탈착부와 동일수직선상에 위치시키지 못하고 다소 어긋난 위치에 위치시킬 경우에도, 배터리의 탈착이 용이하게 이루어지도록 하는 전기 자동차용 배터리의 탈착장치를 제공하는데에도 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기 자동차용 배터리의 탈착장치는, 전기 자동차에 형성되어 배터리를 탈착가능하게 탑재하는 배터리 장착부와; 상기 배터리 장착부에 탑재된 배터리와 교환하기 위한 완충 배터리를 각각 탈착가능하게 탑재하는 복수의 배터리 받침대들이 형성된 적재대와; 상기 배터리 장착부와 배터리 받침대 사이를 이동장치에 의해 X축, Y축 및 Z축으로 이동하면서, 상기 배터리 장착부 또는 배터리 받침대에 장착된 배터리를 탈거한 후, 상기 배터리 받침대 또는 배터리 장착부에 교환,장착하는 것으로서, 상기 배터리 장착부 또는 배터리 받침대와 동일수직선상을 기준으로 기설정된 오차범위 내에서 수직 또는 수평방향으로 불일치를 이루더라도 상기 배터리를 배터리 장착부 또는 배터리 받침대로 하강시켜 안착이 이루어지도록 하는 배터리 탈착부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서 상기 배터리는, 그 저면 모서리측에 콘형 요홈이 형성되되, 상기 콘형 요홈은 입구단의 간격이 넓고 안쪽으로 갈수록 간격이 좁아지는 원뿔형태로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 배터리의 양측면부에는 저면부와 상면부로부터 각각 일정높이의 위치에 상부 걸림턱 및 하부 걸림턱이 형성된 절개홈이 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 배터리 장착부는, 상기 배터리가 안착지지되기 위한 일정면적의 저면부와; 상기 저면부에서 상기 콘형 요홈과 대응되는 위치에 수직방향으로 일정길이만큼 돌설되게 형성되는 콘형 요부를 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 배터리 장착부는, 상기 배터리 절개홈의 하부걸림턱에 걸림되거나 해제되는 파지홀더를 더 포함하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 상기 파지홀더는, 전기적 신호에 의해 일정각도만큼 그 중심축을 중심으로 회전이 이루어져서 상기 하부걸림턱에 걸림되거나 해제되되, 상기 하부걸림턱과 수평으로 걸림되기 위한 단턱부가 형성되는 것이다.

한편, 상기 배터리의 각 측면 하부는 일정높이만큼 아래로 갈수록 단면적이 좁아지도록 일정각도만큼 경사면를 이루는 테이퍼면이 형성되는 것이 바람직한데, 이 경우 상기 테이퍼면의 경사각은 10~20도인 것이 더욱 바람직하다.

여기서, 상기 배터리의 전후좌우면 테이퍼면과, 상기 테이퍼면의 상부쪽 전후좌우측면에 걸쳐 일정간격만큼 마모방지용 덮개판이 덧대어질 수도 있다.

또한, 상기 배터리 장착부의 저면부 전후좌우측 각 모서리측에는 상기 배터리의 테이퍼면과 접촉되면서 상기 배터리가 배터리 장착부로의 하강시 마찰에 의해 미끄러지면서 정위치에 안착되도록 가이드 하는 가이드편들이 각각 더 설치되는 것이 바람직한데, 더욱 바람직하게는 상기 가이드편의 안쪽면에 10~20도의 경사면이 형성되는 것이다.

이상에서와 같이, 본 발명에 따른 전기 자동차용 배터리의 탈착장치에 의하면, 전기 자동차의 배터리 장착부에 장착되어 있는 방전 예정인 배터리를, 승강장 등에 설치된 충전 완료된 배터리들의 적재대로부터 어느 하나의 충전 완료된 배터리와 단시간 내에 용이하게 교환할 수 있게 됨으로써, 효율성이 크게 향상되는 효과가 제공된다.

특히, 본 발명은 여러 가지 이유(타이어 공기압 차이, 승객의 쏠림 현상, 운전자가 정확한 교체위치로 전기 자동차를 정차시키기 어려움 등)로 전기 자동차의 배터리 장착부가 이동장치의 배터리 탈착부와 동일수직선상에 위치되지 못하고 다소 어긋난 위치에 위치하더라도, 배터리가 배터리 장착부에 대하여 탈착이 용이하게 이루어지게 되는 효과도 제공된다.

도 1은 본 발명의 제 1실시 예에 따른 전기 자동차용 배터리의 탈착장치를 이용하기 위하여 전기 자동차의 상면 일측에 배터리가 설치된 상태를 도시한 일부 사시도.
도 2는 도 1에서 본 발명의 제 1실시 예에 따른 전기 자동차용 배터리의 탈착장치를 이용하여 전기 자동차에 탑재된 배터리를 픽업하는 과정을 도시한 일부 사시도.
도 3은 도 2의 정면도.
도 4는 본 발명의 제 1실시 예에 따른 전기 자동차용 배터리의 탈착장치의 분리 사시도.
도 5 내지 도 13은 본 발명의 제 1실시 예에 따른 전기 자동차용 배터리 탈착장치를 이용하여 배터리를 탈착하여 교환하는 과정을 순차적으로 도시한 사시도 및 정면도.
도 14는 본 발명의 제 2실시 예에 따른 전기 자동차용 배터리 탈착장치에서 배터리와 배터리 장착부의 분리 사시도.
도 15는 도 14에서 배터리의 저부 구조가 드러나도록 도시한 분리 사시도.
도 16은 도 14의 결합사시도.
도 17 및 도 18은 도 16의 정면도 및 측면도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

<제 1실시 예>

도 1은 본 발명의 제 1실시 예에 따른 전기 자동차용 배터리의 탈착장치를 이용하기 위하여 전기 자동차의 상면 일측에 배터리가 설치된 상태를 도시한 일부 사시도이고, 도 2는 도 1에서 본 발명의 제 1실시 예에 따른 전기 자동차용 배터리의 탈착장치를 이용하여 전기 자동차에 탑재된 배터리를 픽업하는 과정을 도시한 일부 사시도이며, 도 3은 도 2의 정면도이고, 도 4는 본 발명의 제 1실시 예에 따른 전기 자동차용 배터리의 탈착장치의 분리 사시도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1실시 예에 따른 전기 자동차용 배터리의 탈착장치는, 충전이 완료된 배터리(이하, '완충 배터리'라 함)들이 복수개 적재된 적재대(미도시됨)와, 전기 자동차의 배터리 장착부(100)를 포함하며, 배터리 장착부(100)와 적재대 사이를 이동장치(200)에 의해 X축, Y축 및 Z축으로 이동하면서, 상기 배터리 장착부(100) 또는 적재대에 탑재된 배터리(10)를 탈거한 후, 다시 적재대 또는 배터리 장착부(100)에 교환,장착하는 배터리 탈착부(300)를 포함한다.

참고로, 본 발명의 제 1실시 예에서 전기 자동차는 버스(2)를 일례로 들어 설명하기로 한다.

상기 배터리 탈착부(300)는, 복수개의 완충 배터리들이 적재된 적재대와, 버스(2)의 배터리 장착부(100)에 대하여 X축, Y축 및 Z축으로 이동이 가능하도록 하기 위하여 배터리 장착부(100)는 버스(2)의 상부측에 설치되고, 완충 배터리들의 적재대는 버스(2)의 차고보다 높은 위치에 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 배터리 탈착부(300)는 이동장치(200)에 의해 적재대와 버스(2)의 배터리 장착부(100)에 대하여 X축, Y축 및 Z축으로 이동이 가능하게 되는데, 여기서의 이동장치(200)는 적재대에 한 쌍으로 수평 설치되는 고정 가이드 레일(210)과, 이 고정 가이드 레일(210) 상에 직각방향으로 설치되어 X축 또는 Y축으로 수평이동이 가능한 가변 가이드 레일(220)과, 이 가변 가이드 레일(220)에 대하여 Y축 또는 X축으로 수평이동 그리고 Z축으로 수직이동이 가능한 이동레일(230)을 포함하는 구성으로 이루어지고, 상기 이동레일(230)의 하단에 배터리 탈착부(300)가 설치되는 것이 바람직하다.

즉, 복수의 완충 배터리들이 적재된 적재대에 나란하게 한 쌍으로 설치된 고정 가이드 레일(210)에 대하여 가변 가이드 레일(220)이 X축 또는 Y축으로 수평이동하고, 이 가변 가이드 레일(220)에 대하여 이동레일(230)이 Y축 또는 X축으로 수평이동함과 아울러 Z축으로 수직이동함에 따라 이동레일(230)의 하단에 설치된 배터리 탈착부(300)가 적재대에 적재된 완충 배터리와 버스(2)의 배터리 장착부(100)에 탑재된 방전 예정인 배터리(이하 '방전 배터리'라 함)를 픽업하여 교환하게 된다.

본 발명의 제 1실시 예에 따른 배터리 탈착부(300)는, 배터리(10)를 X축, Y축, Z축으로 이동시켜야 하기 때문에 배터리(10)를 안전하게 파지하는 것이 매우 중요하다. 또한 배터리(10)는 버스(2)의 배터리 장착부(100)와 적재대의 각 배터리 받침대(미도시됨)에도 안정적으로 고정되어야 하기 때문에 상기 배터리 장착부(100)와 적재대의 각 배터리 받침대에 안정적으로 고정되기 위한 구조와, 상기 배터리 탈착부(300)에 안정적으로 고정되기 위한 구조를 갖게 되는바, 먼저 본 발명에 적용되는 배터리(10)의 구조에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명의 제 1실시 예에 따른 배터리 탈착장치에 적용되는 배터리(10)는, 버스(2)의 배터리 장착부(100) 또는 적재대의 배터리 받침대에 정확한 위치로 고정되기 위하여 각 모서리측에 결합공(12)이 형성되고, 양측면부에는 저면부로부터 일정높이의 위치에 걸림턱(16)이 형성된 상면절개부(14)가 형성되며, 전후면부에는 상면부로부터 일정높이의 위치에 걸림턱(20)이 형성된 하면절개부(18)가 형성된 구조로 이루어져 있다.

이와 같이 구성된 배터리(10)는 후술되는 배터리 장착부(100) 또는 배터리 받침대에 의해 고정된 상태로 탑재되게 된다.

상기 배터리 장착부(100) 또는 배터리 받침대는, 배터리(10)가 안착지지되기 위한 일정면적의 저면부(102)가 형성되어 있는데, 이 저면부(102)에는 배터리(10)의 각 모서리에 형성된 결합공(12)에 삽입되기 위한 걸림봉(104)들이 돌설되어 있다. 또한, 배터리(10)의 상면절개부(14)의 걸림턱(16)에 탄성력에 의해 걸림되거나 해제되는 파지홀더(106)들이 형성되어 있다.

상기 배터리 장착부(100) 또는 배터리 받침대에 형성되는 걸림봉(104)들은 배터리(10)의 결합공(12)과 수직방향으로 대응되는 위치와 개수로 형성되고, 파지홀더(106)들 또한 배터리(10)의 상면절개부(14)와 대응되는 위치와 개수로 형성되어 있다.

여기서, 상기 파지홀더(106)는 스프링 등의 탄성부재(112)에 의하여 전후방향으로 힌지회동이 가능하게 설치되는데, 배터리(10)의 상면절개부(14)에 형성된 걸림턱(16)과 수평으로 걸림되기 위한 단턱부(108)가 형성되고, 이 단턱부(108)의 내측 끝단면으로부터 외측방향으로 상향경사지는 경사면부(110)가 형성된 구조로 이루어져 있다.

따라서, 도 5에 도시된 바와 같이, 배터리 장착부(100) 또는 배터리 받침대에 배터리(10)가 장착된 상태에서는, 걸림봉(104)이 배터리(10)의 결합공(12)에 삽입된 상태를 이루어 배터리(10)가 전후좌우로 수평이동이 이루어지지 않고, 파지홀더(106)의 단턱부(108)가 배터리(10)의 상면절개부(14)의 걸림턱(16)과 수평으로 걸림된 상태를 이루어 배터리(10)가 상하방향으로 수직이동이 이루어지지 않게 되어 고정된 상태로 파지하게 된다.

참고로, 위에서 배터리 장착부(100)와 배터리 받침대가 동일 구성으로 이루어져서 각각 걸림봉(104)과 파지홀더(106)가 형성된 것을 일례로 설명하였으나, 버스(2)의 배터리 장착부(100)는 버스(2)의 운행에 따라 배터리(10)를 전후좌우 이동과 상하로의 이동을 구속하여야 하는 반면, 적재대의 배터리 받침대는 배터리를 제위치에 고정시키기만 하면 되는바, 파지홀더(106)의 구성을 배제하고 저면부(102)와 걸림봉(104)의 구성만으로 이루어질 수도 있다.

한편, 상기 배터리 탈착부(300)는, 앞서 설명한 바와 같이 이동레일(230)의 하단부에 설치되어 X축, Y축, Z축으로 이동이 가능한 것으로서, 배터리(10)의 형상에 대응되는 크기로 형성된 본체부(302)와, 이 본체부(302)의 전후측면에 형성되어 전기적 신호에 의해 수직 및 수평으로 힌지회동되는 파지부(310)와, 상기 본체부(302)의 좌우측면에 형성되어 역시 전기적 신호에 의해 수직과 수평으로 힌지회동되는 걸림해제부(320)를 포함하는 구성으로 이루어져 있다.

여기서, 상기 파지부(310)는 배터리(10)의 하면절개부(18)와 수직방향으로 대응되는 위치와 개수로 형성되되, 전기적 신호에 의해 수직 또는 수평으로 힌지회동되는 수직부(312)와, 이 수직부(312)의 끝단에서 직각방향으로 절곡형성된 수평부(314)로 구성되어 있는데, 상기 수평부(314)는 파지부(310)가 오므려진 상태에서 배터리(10)의 하면절개부(18)에 형성된 걸림턱(20)과 수평으로 걸림되어 배터리(10)를 파지하는 기능을 담당하게 된다.

또한, 상기 걸림해제부(320) 또한 배터리(10)의 상면절개부(14)와 배터리 장착부(100) 또는 배터리 받침대의 파지홀더(106)와 수직방향으로 대응되는 위치와 개수로 형성되어 있다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 배터리 탈착장치를 이용하여 버스(2)의 배터리 장착부(100) 또는 적재대의 배터리 받침대에 고정되게 장착된 배터리를 교환하는 과정을 도 5 내지 도 13을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

참고로, 버스(2)의 배터리 장착부(100) 또는 적재대에 형성된 배터리 받침대는 앞서 설명한 바와 같이 동일한 구조로 이루어져 있는바, 도 5 내지 도 13에서 배터리(10)를 장착하고 있는 구조물은 버스(2)의 배터리 장착부(100) 또는 적재대에 형성된 배터리 받침대일 수 있으나 이하에서는 버스(2)의 배터리 장착부(100)로 한정하여 설명하기로 한다.

먼저, 도 5에 도시된 바와 같이, 버스(2)의 배터리 장착부(100)에 배터리(10)가 탑재되어 고정된 상태를 이루고 있다.

즉, 배터리 장착부(100)의 저면부(102)로부터 돌출된 걸림봉(104)이 배터리(10)의 결합공(12)이 수직방향으로 삽입되어 배터리(10)가 전후좌우방향으로 이동됨 없이 고정되고, 배터리 장착부(100)의 파지홀더(106)가 스프링으로 된 탄성부재(112)에 의해 수직으로 선 상태를 유지함에 따라 이 파지홀더(106)의 단턱부(108)가 배터리(10)의 상면절개부(14) 걸림턱(16)의 상부에 수평으로 얹혀진 상태로 걸림되어 있는바, 배터리(10)가 상하로 이동됨 없이 고정된 상태로 탑재되어 있다.

이 상태에서, 배터리 탈착부(300)가 이동장치(200)에 의해 배터리 장착부(100)와 동일수직선상에 위치한다. 즉, 적재대의 고정 가이드 레일(210)에 대하여 가변 가이드 레일(220)이 X축 또는 Y축으로 수평이동하고, 가변 가이드 레일(220)에 대하여 이동레일(230)이 Y축 또는 X축으로 수평이동하여 배터리 장착부(100)에 대하여 동일수직선상으로 위치한다.

이때, 배터리 탈착부(300)의 파지부(310)는 전기적 신호에 의하여 바깥쪽 방향으로 벌어진 상태가 되고, 걸림해제부(320)는 전기적 신호에 의하여 안쪽으로 오므려져서 수직상태를 이루게 되며, 이동레일(230)이 가변 가이드 레일(220)에 대하여 Z축 방향 즉 아래쪽으로 하강하게 되면 배터리(10)를 배터리 장착부(100)에 대하여 분리시킴과 아울러 파지하게 된다.

즉, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 배터리 탈착부(300)가 하강하게 되면서 걸림해제부(320)는 배터리 장착부(100)의 파지홀더(106)의 경사면부(110)을 타고 미끄러지면서 배터리(10)의 상면절개부(14)로 인입되게 된다. 따라서, 배터리 장착부(100)의 파지홀더(106)는 탄성부재(112)를 압축시키면서 외측으로 벌어지게 되는바, 파지홀더(106)에 의한 배터리(10)의 상하 걸림이 해제된다.

다음에, 배터리 탈착부(300)의 파지부(310)는 전기적 신호에 의해 안쪽으로 오므려지면서 수직상태를 이루게 됨에 따라 파지부(310)의 수평부(314)가 배터리(10)의 하부절개부(18)로 인입되어 상기 하부절개부(18)의 걸림턱(20) 하부에서 수평방향으로 걸리게 된다.

이 상태에서, 이동레일(230)을 가변 가이드 레일(220)에 대하여 Z축 방향으로 상승시킴에 따라 배터리 탈착부(300)가 연동하여 상승되고, 이에 배터리 탈착부(300)의 파지부(310)에 의해 걸림되어 파지된 배터리(10)도 동시에 상승하게 된다.

이때, 배터리 장착부(100)의 걸림봉(104)은 배터리(10)의 결합공(12)에 대하여 수직방향으로 삽입되어 있는바, 배터리(10)의 상승에 저해됨이 없게 되며, 배터리(10)가 배터리 탈착부(300)와 함께 상승하게 되면, 배터리 장착부(100)의 파지홀더(106)는 다시 탄성부재(112)의 복원력에 의해 원상태로 회동하여 수직상태를 이루게 된다.

이와 같이, 배터리 탈착부(300)가 배터리(10)를 파지하여 Z축으로 상승하고, 이동레일(230)이 가변 가이드 레일(220)에 대하여 Y축 또는 X축 방향으로 수평이동함과 아울러 이 가변 가이드 레일(220)이 고정 가이드 레일(210)에 대하여 X축 또는 Y축 방향으로 수평이동하여 적재대의 배터리 받침대와 동일수직선상을 이루도록 이동한 후, 이동레일(230)이 다시 Z축 방향으로 하강하여 배터리 받침대에 배터리(10)를 장착시키면 된다.

참고로, 배터리 탈착부(300)가 배터리(10)를 적재대의 배터리 받침대에 장착시키는 과정은 후술되는 버스(2)의 배터리 장착부(100)에 장착시키는 과정과 동일하므로, 이에 대해서는 후술하기로 한다.

다음에, 배터리 탈착부(300)가 이동레일(230)의 Z축, X축, Y축 이동으로 적재대의 다른 배터리 받침대에 탑재된 완충 배터리를 앞서 설명한 바와 같이 버스(2)의 배터리 장착부(100)에서 배터리(10)를 픽업하는 과정과 동일한 과정을 픽업하고, 다시 이동레일(230)의 Z축, X축, Y축 이동으로 버스(2)의 배터리 장착부(100)의 상부에 동일수직선상에 위치시킨다.

이때, 배터리 탈착부(300)가 배터리(10)를 파지하고 있는 상태에서, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 배터리 탈착부(300)의 걸림해제부(320)는 배터리(10)의 상면절개부(14)에 인입된 상태에서 전기적 신호에 의해 외측방향으로 벌어진 상태를 이루게 된다. 그 이유는 배터리(10)가 하강하여 배터리 장착부(100)에 탑재될 때 파지홀더(106)가 배터리(10)의 상면절개부(14)으로 인입되어 파지하도록 하는 것을 저해하지 않도록 하기 위함이다.

이 상태에서, 이동레일(230)이 가변 가이드 레일(220)에 대하여 Z축 방향으로 하강하게 되면, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 배터리(10)의 저면부 즉 상면절개부(14)의 걸림턱(16) 하부의 저면부가 배터리 장착부(100)의 파지홀더(106) 경사면부(110)를 따라 미끄러지게 되면서 상기 파지홀더(106)를 외측으로 벌리면서 계속해서 하강하게 된다.

이와 동시에 배터리 장착부(100)의 걸림봉(104)들은 배터리(10)의 결합공(12)으로 삽입이 이루어지게 된다.

또한, 배터리 탈착부(300) 및 배터리(10)가 계속해서 하강하여 배터리 장착부(100)의 저면부(102)에 안착되면서 배터리(10)의 상면절개부(14)에 파지홀더(106)의 탄턱부(108)가 상부쪽에 위치하게 되면, 파지홀더(106)는 탄성부재(112)의 탄성복원력에 의해 다시 안쪽으로 오므려지면서 수직으로 선 상태를 이루게 되며 이에 따라 파지홀더(106)의 단턱부(108)가 배터리(10)의 상면절개부(14) 걸림턱(16)의 상부에 수평방향으로 위치하게 되어 걸림됨으로써, 배터리(10)의 상하이동을 구속하게 된다.

여기서 배터리 장착부(100)의 걸림봉(104)은 앞서 설명한 바와 같이 배터리(10)의 결합공(12)에 삽입된 상태를 이루게 되는바, 배터리(10)는 전후좌우 방향으로도 이동됨이 없이 구속된 상태를 이루게 된다.

이 상태에서, 배터리 탈착부(300)의 파지부(310)를 도 11 내지 도 13에 도시된 바와 같이, 전기적 신호에 의해 힌지회동시켜서 외측으로 벌려줌에 따라 상기 파지부(310)의 수평부(314)가 배터리(10)의 하부절개부(18) 걸림턱(20)에 대한 걸림을 해제시킨 후, 이동레일(230)의 Z축 방향 상승으로 배터리 탈착장치를 상승시키게 되면, 완충 배터리는 버스(2)의 배터리 장착부(100)에 고정되게 탑재된다.

따라서, 버스(2)의 방전 배터리를 적재대의 배터리 받침대에 탑재된 완충 배터리와 단시간 내에 용이하게 교환할 수 있게 된다.

<제 2실시 예>

도 14는 본 발명의 제 2실시 예에 따른 전기 자동차용 배터리 탈착장치에서 배터리와 배터리 장착부의 분리 사시도이고, 도 15는 도 14에서 배터리의 저부 구조가 드러나도록 도시한 분리 사시도이며, 도 16은 도 14의 결합사시도이고, 도 17 및 도 18은 도 16의 정면도 및 측면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2실시 예에 따른 전기 자동차용 배터리의 탈착장치는, 충전이 완료된 배터리(이하, '완충 배터리'라 함)들이 복수개 적재된 적재대(미도시됨)와, 전기 자동차의 배터리 장착부(500)를 포함하며, 배터리 장착부(500)와 적재대 사이를 이동장치(제 2실시 예에서는 미도시됨)에 의해 X축, Y축 및 Z축으로 이동하면서, 상기 배터리 장착부(500) 또는 적재대에 탑재된 배터리를 탈거한 후, 다시 적재대 또는 배터리 장착부(500)에 교환,장착하는 배터리 탈착부(제 2실시 예에서는 미도시됨)를 포함한다.

참고로, 본 발명의 제 2실시 예에서도 전기 자동차는 버스(2)를 일례로 들어 설명하기로 한다.

상기 배터리 탈착부는, 복수개의 완충 배터리들이 적재된 적재대와, 버스(2)의 배터리 장착부(500)에 대하여 X축, Y축 및 Z축으로 이동이 가능하도록 하기 위하여 배터리 장착부(500)는 버스(2)의 상부측에 설치되고, 완충 배터리들의 적재대는 버스(2)의 차고보다 높은 위치에 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 배터리 탈착부는 이동장치에 의해 적재대와 버스(2)의 배터리 장착부(500)에 대하여 X축, Y축 및 Z축으로 이동이 가능하게 되는데, 여기서의 이동장치는 앞선 제 1실시 예에서의 이동장치(200)와 그 구성 및 작동관계가 동일하므로, 본 제 2실시 예에서는 반복설명을 생략하기로 한다.

즉, 본 발명의 제 2실시 예는 앞선 제 1실시 예와 마찬가지로 배터리 탈착부와, 배터리(400) 및 배터리 장착부(500) 또는 배터리 받침대로 구성되고, 그 유기적인 작동관계는 동일 또는 극히 유사하나, 각각의 세부적인 구성의 차이를 갖게 되어 보다 향상된 작용효과를 나타내게 되는 것으로서, 이를 상세히 후술하기로 한다.

먼저, 본 발명의 제 2실시 예에 적용되는 배터리(400)의 구조에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명의 제 2실시 예에 따른 배터리 탈착장치에 적용되는 배터리(400)는, 버스(2)의 배터리 장착부(500) 또는 적재대의 배터리 받침대에 정확한 위치로 고정되기 위하여 각 모서리측에 얕은 깊이의 콘형(cone type) 요홈(420)이 형성되고, 양측면부에는 저면부와 상면부로부터 각각 일정높이의 위치에 상부걸림턱(414) 및 하부걸림턱(412)이 형성된 절개홈(410)을 갖는 구조로 이루어져 있다.

여기서, 상기 콘형 요홈(420)은 입구단의 간격이 넓고 안쪽으로 갈수록 간격이 좁아지는 콘(cone) 즉, 원뿔형태로 이루어져 있다.

또한, 배터리(400)의 각 측면 하부는 일정높이만큼 아래로 갈수록 단면적이 좁아지도록 일정각도만큼 경사면를 이루는 테이퍼면(402)이 형성되어 있다. 여기서 테이퍼면(402)의 경사각은 대략 10~20도 정도인 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 15도인 것이 좋다.

한편, 배터리(400)의 전후좌우면 각 모서리측 끝단에는 일정간격만큼 마모방지용 덮개판(404)이 덧대어진 상태로 결합되어 있다. 즉, 배터리(400)의 전후좌우면 각 모서리측 끝단에서 테이퍼면(402)과 이 테이퍼면(402)의 상부쪽 전후좌우측면에 걸쳐 일정간격만큼 마모방지용 덮개판(404)이 덧대어진 상태로 결합되어 있다.

여기서, 마모방지용 덮개판(404)은 후술되는 배터리 장착부(500)의 가이드편(530)과 잦은 마찰과 마찰열에도 충분히 견딜 수 있도록 내마모성이 우수한 특수합금재질을 적용하는 것이 바람직하다.

특히, 마모방지용 덮개판(404)은 잦은 마찰과 마찰열에 의해 마모가 발생될 경우, 이것만을 교체가 가능하도록 배터리에 대하여 착탈가능하게 결합되는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 배터리(400)는 후술되는 배터리 장착부(500) 또는 배터리 받침대에 의해 고정된 상태로 탑재되게 된다.

상기 배터리 장착부(500)와 배터리 받침대의 구성은 동일한 것이 적용되므로, 이하에서는 배터리 장착부(500)로 한정하여 설명하기로 한다.

상기 배터리 장착부(500)는, 배터리(400)가 안착지지되기 위한 일정면적의 저면부(502)가 형성되어 있는데, 이 저면부(502)에는 배터리(400)의 저면부(502) 모서리에 형성된 콘형 요홈(420)에 삽입되기 위한 낮은 높이의 콘형 요부(510)들이 돌설되어 있다.

여기서, 상기 콘형 요부(510)는 선단의 간격이 좁고 아래로 갈수록 간격이 넓어지는 콘(cone) 즉, 원뿔형태로 이루어져 있다.

따라서, 배터리 장착부(500)의 콘형 요부(510)가 배터리(400)의 콘형 요홈(420)에 삽입될 경우에는, 콘형 요홈(420)의 입구단보다 콘형 요부(510)의 선단 간격이 상대적으로 좁게 형성된 관계로 그 인입이 용이하게 이루어지게 되는데, 이에 대한 작동관계는 후술하기로 한다.

참고로, 상기 콘형 요홈(420)과 콘형 요홈(420)의 경사각은 60도 내외인 것이 바람직하다.

또한, 배터리 장착부(500)의 저면부(502) 양측에는, 배터리 절개홈(410)의 하부걸림턱(412)에 걸림되거나 해제되는 파지홀더(520)들이 형성되어 있는데, 이 파지홀더(520)들은 전기적 신호에 의해 일정각도만큼 그 중심축을 중심으로 회전이 이루어져서 상기 하부걸림턱(412)에 걸림되거나 해제되게 된다.

여기서, 파지홀더(520)는 배터리의 절개홈(410)에 형성된 하부걸림턱(412)과 수평으로 걸림되기 위한 단턱부(522)가 형성된 구조로 이루어져 있다.

한편, 배터리 장착부(500)의 저면부(502) 전후좌우측 각 모서리측에는 배터리(400)의 마모방지용 덮개판(404)과 접촉되면서 배터리가 배터리 장착부(500)로의 하강시 미끄러짐에 의해 정위치로 안착되도록 가이드 하는 가이드편(530)들이 각각 설치되어 있다.

여기서, 가이드편(530)의 안쪽면에는 배터리의 테이퍼면(402) 각도와 동일하게 10~20도의 경사면(532)이 형성되어 있다.

따라서, 도 17 및 도 18에 도시된 바와 같이, 배터리 장착부(500) 또는 배터리 받침대에 배터리(400)가 안착된 상태에서는, 콘형 요부(510)가 배터리의 콘형 요홈(420)에 삽입된 상태를 이루어 배터리(400)가 전후좌우로 수평이동이 이루어지지 않고, 파지홀더(520)의 단턱부(522)가 배터리 절개홈(410)의 하부걸림턱(412)과 수평으로 걸림된 상태를 이루어 배터리(400)가 상하방향으로 수직이동이 이루어지지 않게 되어 고정된 상태로 파지가 이루어지게 된다.

한편, 상기 배터리 탈착부는 본 제 2실시 예에서 별도로 도시하지는 않았지만 이동레일의 하단부에 설치되어 X축, Y축, Z축으로 이동이 가능한 것으로서, 배터리(400)의 형상에 대응되는 크기로 형성된 본체부와, 이 본체부의 양측면에 형성되어 전기적 신호에 의해 수직 및 수평으로 힌지회동되는 파지부로 구성될 수 있다.

여기서, 상기 파지부는 배터리(400)의 절개홈(410)과 수직방향으로 대응되는 위치와 개수로 형성되되, 전기적 신호에 의해 수직 또는 수평으로 힌지회동되는 수직부와, 이 수직부의 끝단에서 직각방향으로 절곡형성된 수평부로 구성될 수 있는데, 상기 수평부는 파지부가 오므려진 상태에서 배터리(400)의 절개홈(410)에 형성된 상부걸림턱(414)과 수평으로 걸림되어 배터리(400)를 파지하는 기능을 담당하게 된다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 배터리 탈착장치를 이용하여 버스(2)의 배터리 장착부(500) 또는 적재대의 배터리 받침대에 고정되게 장착된 배터리를 교환하는 작동관계를 설명하면 다음과 같다.

참고로, 버스(2)의 배터리 장착부(500) 또는 적재대에 형성된 배터리 받침대는 앞서 설명한 바와 같이 동일한 구조로 이루어져 있는바, 도 14 내지 도 18에서 배터리(400)가 안착되는 구조물은 버스(2)의 배터리 장착부(500) 또는 적재대에 형성된 배터리 받침대일 수 있으나 이하에서는 버스(2)의 배터리 장착부(500)로 한정하여 설명하기로 한다.

배터리 탈착부가 배터리(400)를 파지하고 있는 상태에서, 이동레일의 Z축, X축, Y축 이동으로 버스(2)의 배터리 장착부(500)의 상부에 동일수직선상에 위치시킨다.

이때, 여러 가지 요인 예컨대, 타이어 공기압 차이, 승객의 쏠림 현상, 운전자가 정확한 교체위치로 전기 자동차를 정차시키기 어려움 등의 이유로 전기 자동차의 배터리 장착부(500)가 이동장치의 배터리 탈착부와 동일수직선상에 위치되지 못하고 다소 어긋난 위치에 위치하게 될 경우가 매우 많게 된다.

따라서, 배터리 탈착부가 파지하고 있는 배터리(400)와, 배터리 장착부(500)가 동일수직선상에 위치하지 못하고 다소 어긋난 위치에 위치하게 되더라도 그 어긋난 위치가 기설정된 오차범위 내에 들어온다면 배터리 탈착부의 하강으로 배터리(400)의 배터리 장착부(500)에 대한 장착이 가능해지게 된다.

물론, 이 경우 배터리(400)를 파지하고 있는 배터리 탈착부와 배터리 장착부(500)의 어긋난 위치가 기설정된 오차범위를 벗어나면, 배터리 탈착부가 하강하지 않도록 하고 버스를 다시 오차범위 내에 들어오도록 재 정차하는 과정을 거쳐야 할 것이다.

상기와 같이, 배터리(400)를 파지하고 있는 배터리 탈착부와 배터리 장착부(500)가 오차범위 내로 어긋난 상태여서, 이동레일이 가변 가이드 레일에 대하여 Z축 방향으로 하강하고, 배터리(400)의 저면부 둘레가 배터리 장착부(500)의 각 모서리측에 설치된 가이드편(530)의 안쪽에 위치하여 최소 어느 한 부위가 접촉하게 되면, 배터리 탈착부가 파지하고 있는 배터리(400)를 해제하여 배터리가 자중에 의해 하강이 이루어지도록 한다.

이에, 도 14 및 도 16, 도 17, 도 18에서와 같이, 배터리(400)의 각 모서리측 테이퍼면(402)과 측면부에 걸쳐 덧대어진 마모방지용 덮개판(404)가 배터리 장착부(500)의 저면부(502) 각 모서리측에 설치된 가이드편(530)의 경사면(532)을 따라 미끄러지게 되면서 정위치 즉, 배터리(400)와 배터리 장착부(500)가 동일수직선상을 이루는 정위치로 위치조정 되면서 안착이 이루어지게 된다.

이와 동시에 배터리 장착부(500)의 콘형 요부(510)는 배터리(400)의 콘형 요홈(420)으로 인입이 이루어지게 된다.

이때, 배터리(400)의 저면부는 앞서 설명한 바와 같이 측면 하부가 경사진 테이퍼면(402)으로 이루어져서 그 저면부 단면적이 좁게 형성되고, 배터리 장착부(500)의 저면부(502) 각 모서리 측에 형성된 각 가이드편(530)들 또한 경사면(532)이 형성되어 그 상단부를 연결하는 단면적이 상기 배터리의 저면부 단면적에 비하여 크게 형성되어 있는바, 배터리(400)가 배터리 장착부(500)에 대하여 동일수직선상에 대하여 기설정된 오차범위 내로 기울어지거나 뒤틀려 있다 하더라도 인입에 가능하여 정확한 세팅이 이루어지게 된다.

아울러, 배터리(400)의 콘형 요홈(420) 입구단보다 배터리 장착부(500)의 콘형 요부(510) 선단 간격이 상대적으로 좁게 형성된 관계로 그 인입이 용이하게 이루어지게 된다.

계속해서, 배터리(400)가 배터리 장착부(500)의 저면부(502)에 정확한 위치에 안착되면, 배터리 장착부(500)의 파지홀더(520)는 동력수단에 의해 안쪽으로 오므려지면서 수직으로 선 상태를 이루게 되며 이에 따라 파지홀더(520)의 단턱부(522)가 배터리(400)의 절개홈(410) 하부걸림턱(412)의 상부에 수평방향으로 위치하게 되어 걸림됨으로써, 배터리(400)의 상하이동을 구속하게 된다.

이상에서, 배터리(400)를 파지하고 있는 배터리 탈착부와, 배터리 장착부(500)가 동일수직선상을 기준으로 오차범위내로 어긋난 상태에서 배터리(400)가 배터리 장착부(500)에 장착되는 과정을 설명하였고, 배터리 장착부(500)에 장착된 배터리(400)를 배터리 탈찰부로서 탈거하는 과정에 대해서는 상술하지 않았는데, 그 이유는 배터리 탈착부는 그 파지부가 벌려진 상태에서 오므려지면서 배터리(400)의 절개홈(410) 상부걸림턱(414)에만 걸림이 이루어지면 되므로, 오차범위 내라면 굳이 동일수직선상에 위치하지 않더라도 픽업하는데에는 아무런 문제가 없기 때문이다.

따라서, 본 발명의 제 2실시 예에 따른 전기 자동차용 배터리의 탈착장치 또한 버스(2)의 방전 배터리를 적재대의 배터리 받침대에 탑재된 완충 배터리와 단시간 내에 용이하게 교환할 수 있게 된다.

이상에서와 같은 본 발명의 실시 예에서 설명한 기술적 사상들은 각각 독립적으로 실시될 수 있으며, 서로 조합되어 실시될 수도 있다. 또한, 본 발명은 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 실시 예를 통하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

2 : 전기 자동차(버스) 10 : 배터리
12 : 결합공 14 : 상부절개부
16 : 걸림턱 18 : 하부절개부
20 : 걸림턱 100 : 배터리 장착부
104 : 걸림봉 106 : 파지홀더
108 : 단턱부 110 : 경사면부
112 : 탄성부재 200 : 이동장치
210 : 고정 가이드 레일 220 : 가변 가이드 레일
230 : 이동레일 300 : 배터리 장착부
302 : 본체부 310 : 파지부
312 : 수직부 314 : 수평부
320 : 걸림해제부 400 : 배터리
402 : 테이퍼면 404 : 마모방지용 덮개판
410 : 절개홈 412 : 하부걸림턱
414 : 상부걸림턱 420 : 콘형 요홈
500 : 배터리 장착부 502 : 저면부
510 : 콘형 요부 520 : 파지홀더
522 : 단턱부 530 : 가이드편
532 : 경사면

Claims

전기 자동차에 형성되어 배터리를 탈착가능하게 탑재하는 배터리 장착부와;
상기 배터리 장착부에 탑재된 배터리와 교환하기 위한 완충 배터리를 각각 탈착가능하게 탑재하는 복수의 배터리 받침대들이 형성된 적재대와;
상기 배터리 장착부와 배터리 받침대 사이를 이동장치에 의해 X축, Y축 및 Z축으로 이동하면서, 상기 배터리 장착부 또는 배터리 받침대에 장착된 배터리를 탈거한 후, 상기 배터리 받침대 또는 배터리 장착부에 교환,장착하는 것으로서, 상기 배터리 장착부 또는 배터리 받침대와 동일수직선상을 기준으로 기설정된 오차범위 내에서 수직 또는 수평방향으로 불일치를 이루더라도 상기 배터리를 배터리 장착부 또는 배터리 받침대로 하강시켜 안착이 이루어지도록 하는 배터리 탈착부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리의 탈착장치.
제 1항에 있어서,
상기 배터리는, 그 저면 모서리측에 콘형 요홈이 형성된 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리의 탈착장치.
제 2항에 있어서,
상기 콘형 요홈은 입구단의 간격이 넓고 안쪽으로 갈수록 간격이 좁아지는 원뿔형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리의 탈착장치.
제 1항에 있어서,
상기 배터리의 양측면부에는 저면부와 상면부로부터 각각 일정높이의 위치에 상부 걸림턱 및 하부 걸림턱이 형성된 절개홈이 형성된 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리의 탈착장치.
제 2항 또는 제 3항에 있어서,
상기 배터리 장착부는,
상기 배터리가 안착지지되기 위한 일정면적의 저면부와;
상기 저면부에서 상기 콘형 요홈과 대응되는 위치에 수직방향으로 일정길이만큼 돌설되게 형성되는 콘형 요부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리의 탈착장치.
제 4항에 있어서,
상기 배터리 장착부는,
상기 배터리 절개홈의 하부걸림턱에 걸림되거나 해제되는 파지홀더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리의 탈착장치.
제 6항에 있어서,
상기 파지홀더는, 전기적 신호에 의해 일정각도만큼 그 중심축을 중심으로 회전이 이루어져서 상기 하부걸림턱에 걸림되거나 해제되되, 상기 하부걸림턱과 수평으로 걸림되기 위한 단턱부가 형성된 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리의 탈착장치.
제 1항에 있어서,
상기 배터리의 각 측면 하부는 일정높이만큼 아래로 갈수록 단면적이 좁아지도록 일정각도만큼 경사면를 이루는 테이퍼면이 형성된 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리의 탈착장치.
제 8항에 있어서,
상기 테이퍼면의 경사각은 10~20도인 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리의 탈착장치.
제 8항에 있어서,
상기 배터리의 전후좌우면 테이퍼면과, 상기 테이퍼면의 상부쪽 전후좌우측면에 걸쳐 일정간격만큼 마모방지용 덮개판이 덧대어진 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리의 탈착장치.
제 8항 내지 제 10항 중, 어느 하나의 항에 있어서,
상기 배터리 장착부의 저면부 전후좌우측 각 모서리측에는 상기 배터리의 테이퍼면과 접촉되면서 상기 배터리가 배터리 장착부로의 하강시 마찰에 의해 미끄러지면서 정위치에 안착되도록 가이드 하는 가이드편들이 각각 설치된 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리의 탈착장치.
제 11항에 있어서,
상기 가이드편의 안쪽면에는 10~20도의 경사면이 형성된 것을 특징으로 하는 전기 자동차용 배터리의 탈착장치.