KR20130142727A

KR20130142727A - 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템

Info

Publication number: KR20130142727A
Application number: KR1020120066207A
Authority: KR
Inventors: 박준석; 김원규; 유치만; 심주섭; 홍종식; 김윤하
Original assignee: 국민대학교산학협력단; 한국항공대학교산학협력단; 주식회사 모텍스
Priority date: 2012-06-20
Filing date: 2012-06-20
Publication date: 2013-12-30
Also published as: KR101402677B1

Abstract

본 발명은 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 전기자동차용 배터리 교체작업을 보다 안정적으로 수행할 수 있고 안전성 및 내구성이 향상되도록 한 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템은 전기자동차의 배터리를 교환하는 시스템에 있어서, 전기자동차의 차고보다 높은 위치에 설치되는 메인 이송레일장치와, 상기 메인 이송레일장치에 설치되어 배터리를 교환하는 교환장치(M)를 구비하되, 상기 교환장치는 상기 메인 이송레일장치를 타고 이동되는 이송프레임; 상기 이송프레임에 탑재되어 이동되는 견인장치; 상기 견인장치에 의해 감김 및 풀림되는 승강로프; 및 상기 승강로프에 접속되어 승강되고 상기 배터리를 클램핑, 언클램핑 및 이동시키는 클램핑장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 따르면, 이송프레임에 의해 이동되는 견인장치가 클램핑장치를 승강시키면서 배터리를 교환하는 것이 방식으로 고중량을 지탱할 수 있는 복수의 승강로프에 의해 견고하게 지지된 상태에서 승강작용이 수행되므로 고중량의 배터리를 안정적으로 교환할 수 있는 효과가 있다. 이에 따라 전기자동차용 충전스테이션을 안정적으로 운용할 수 있고, 안전성 및 내구성을 향상시킬 수 있다.

Description

전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템{SYSTEM FOR AUTO-EXCHANGING OF ELECTRIC VEHICLE BATTERY}

본 발명은 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 전기자동차용 배터리 교체작업을 보다 안정적으로 수행할 수 있고 안전성 및 내구성이 향상되도록 한 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차는 연료로서 휘발유, 경유 등의 석유나, LPG, LNG 등의 천연가스와 같은 화석연료가 주로 사용되었으나 화석연료는 매장량이 한정된 자원으로 시간이 갈수록 고갈되고 있고 그 가격 또한 지속적으로 상승되고 있는 실정에 있다.

그리고, 화석연료는 그 사용과정에서 대기 환경을 오염시키는 다양한 배기가스가 배출될 뿐만 아니라 지구 온난화의 주요원인으로 작용하고 있는 이산화탄소를 다량으로 배출하는 문제점으로 인해 그 대안으로 전기를 에너지원으로 이동하는 전기자동차가 개발되었다.

전기자동차는 순수 전기자동차(Battery powered electric vehicle), 전동기와 엔진을 함께 이용하는 하이브리드 전기자동차(Hybrid electric vehicle), 연료전지 전기자동차(Fuel cell electric vehicle) 등이 개발되고 있다. 또한, 전기자동차의 활성화와 보급이 확대되기 위해서는 언제 어디서나 손쉽게 충전할 수 있는 충전 인프라의 구축이 필수적이어서 이에 관해서도 다양한 연구가 진행되고 있다.

하지만, 전기자동차는 석유(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 실정에 있다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여 최근에는 대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2011-0078289호에 개시되어 있는 바와 같이 전기자동차의 배터리에 전원을 직접 충전하지 않고 사전에 배터리를 충전하여 완충된 배터리 자체를 교환하는 방식(이하, '배터리교체방식'이라 한다)의 전기자동차 충전 시스템이 제안되어 있다.

이러한, 배터리교체방식은 충전을 필요로 하는 소비자가 충전스테이션에 방문하게 되면 기 사용된 배터리를 미리 완충된 배터리와 교체, 장착하게 되므로 별도의 충전시간 없이 편리하게 이용할 수 있는 장점이 있다.

하지만, 소비자가 배터리를 교체하기 위해 충전스테이션에 방문하게 되면 전기자동차에 기 장착되어 있는 배터리를 일일이 분해하여 제거하고, 전기자동차의 종류나 기 장착되어 있는 배터리의 종류에 맞는 배터리를 찾아낸 후, 다시 장착하여야 하므로 여전히 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.

이에 따라 전기자동차를 편리하게 이용하기 위해서는 배터리의 교체작업을 신속하고 정확하게 수행할 수 있는 배터리 자동교환시스템의 개발이 필요한 실정에 있다.

이러한 배터리 자동교환시스템은 로봇기술을 기반으로 한 3축로봇시스템과 같이 X축, Y축 및 Z축 구동축을 이용하여 배터리를 이동시키고 로딩 및 언로딩 동작을 수행할 수 있도록 구현할 수도 있지만, 이러한 방식은 전기자동차와 같이 고중량의 배터리가 장착되는 설비의 교환시스템으로 구현하는 것은 현실적으로 어려움이 있고, 이를 적용할 경우 배터리의 낙하와 같은 위험성이 내재되어 있는 단점이 있다.

특히, 전기 버스와 같은 전기자동차용 배터리는 대용량으로서 하중과 부피가 매우 커서 이송 및 교체가 더욱 어렵고 추락시 심각한 안전사고를 초래하므로 배터리 자동교환시스템의 보다 효율적인 운용을 위해서는 안정성, 안전성 및 내구성이 검증된 시스템의 개발이 절실히 요구되고 있다. 이에 따라, 엘리베이터의 승강시스템과 같이 안정성이 검증되어 있고 보편화 되어 있는 승강로프를 이용한 견인방식을 적용한 배터리 자동교환시스템의 개발이 필요한 실정에 있다.

본 발명은 상기 내용에 착안하여 제안된 것으로, 전기자동차용 배터리 교체작업을 보다 안정적으로 수행할 수 있고 안전성 및 내구성이 향상되도록 한 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템은 전기자동차의 배터리를 교환하는 시스템에 있어서, 전기자동차의 차고보다 높은 위치에 설치되는 메인 이송레일장치와, 상기 메인 이송레일장치에 설치되어 배터리를 교환하는 교환장치(M)를 구비하되, 상기 교환장치는 상기 메인 이송레일장치를 타고 이동되는 이송프레임; 상기 이송프레임에 탑재되어 이동되는 견인장치; 상기 견인장치에 의해 감김 및 풀림되는 승강로프; 및 상기 승강로프에 접속되어 승강되고 상기 배터리를 클램핑, 언클램핑 및 이동시키는 클램핑장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 이송프레임은 상기 메인 이송레일장치 사이에 배치되는 이송본체; 상기 이송본체를 이동시키는 이송본체구동장치; 상기 메인 이송레일장치에 이동 가능하게 접속되고 상기 이송본체의 양쪽에 구성되는 제1 슬라이더; 및 상기 메인 이송레일장치에 대해 직교되는 방향으로 상기 이송본체에 배치되는 보조 이송레일을 포함하여 구성될 수 있다.

그리고, 상기 견인장치는 상기 이송프레임에 이동 가능하게 설치되는 견인장치본체; 상기 견인장치본체를 이동시키는 견인본체구동장치; 상기 보조 이송레일에 이동 가능하게 접속되고 상기 견인장치본체에 구성되는 제2 슬라이더; 상기 견인장치본체에 설치되는 견인구동모터; 상기 견인구동모터의 회전력을 감속하기 위해 접속되는 견인감속기; 상기 견인감속기의 출력부에 접속되어 회전되고 상기 승강로프가 권취되는 권상드럼; 및 상기 승강로프의 이동을 안내하면서 승강력을 인가받기 위해 상기 클램핑장치에 설치되는 견인휠을 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 상기 권상드럼은 상기 출력부의 일측에 접속되고 외주면에 복수의 권취홈이 이격되어 형성된 제1 권상드럼과 상기 출력부의 타측에 접속되고 외주면에 복수의 권취홈이 이격되어 형성된 제2 권상드럼으로 이루어질 수 있다.

상기 견인휠은 상기 클램프장치의 일측 전후부에 설치되는 제1 및 제2 견인휠과, 상기 클램프장치의 타측 전후부에 설치되는 제3 및 제4 견인휠로 이루어질 수 있고, 상기 승강로프의 이동을 안내하도록 상기 제1 내지 제4 견인휠과 동일 수직축 선상에 해당되는 상기 견인장치본체에 설치되는 제1 내지 제4 안내휠을 구비할 수 있다.

그리고, 상기 승강로프는 상기 제1 권상드럼의 권취홈이 권취되어 제1 안내휠 및 제1 견인휠을 경유하여 제1 고정부에 접속되는 제1 승강로프, 상기 제1 권상드럼의 권취홈이 권취되어 제2 안내휠 및 제2 견인휠을 경유하여 제2 고정부에 접속되는 제2 승강로프, 상기 제2 권상드럼의 권취홈이 권취되어 제3 안내휠 및 제3 견인휠을 경유하여 제3 고정부에 접속되는 제3 승강로프, 및 상기 제2 권상드럼의 권취홈이 권취되어 제4 안내휠 및 제4 견인휠을 경유하여 제4 고정부에 접속되는 제4 승강로프로 이루어질 수 있다.

한편, 상기 클램핑장치는, 클램프본체; 상기 클램프본체에 회동 가능하게 설치되고 상기 배터리를 클램핑 및 언클램핑하는 복수의 파지홀더; 및 상기 파지홀더를 구동시키는 구동력을 인가하는 홀더구동장치를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템에 의하면, 이송프레임에 의해 이동되는 견인장치가 클램핑장치를 승강시키면서 배터리를 교환하는 것이 방식으로 고중량을 지탱할 수 있는 복수의 승강로프에 의해 견고하게 지지된 상태에서 승강작용이 수행되므로 고중량의 배터리를 안정적으로 교환할 수 있는 효과가 있다. 이에 따라 전기자동차용 충전스테이션을 안정적으로 운용할 수 있고, 안전성 및 내구성을 향상시킬 수 있다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템의 전체적인 구조를 나타낸 사시도,
도2a 및 도2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템을 설명하기 위한 도1의 A부 및 B부 확대 사시도,
도3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템의 요부를 나타낸 평면도,
도3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템의 요부를 나타낸 정면도,
도3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템의 요부를 나타낸 측면도,
도4a 및 도4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템의 클램핑장치를 설명하기 위한 도면,
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템의 작용을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명한다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템의 전체적인 구조를 나타낸 사시도, 도2a 및 도2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템을 설명하기 위한 도1의 A부 및 B부 확대 사시도, 도3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템의 요부를 나타낸 평면도, 도3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템의 요부를 나타낸 정면도, 도3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템의 요부를 나타낸 측면도이다.

도1 내지 도3c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템은 적재대와 같은 보관장소에 보관되어 있는 충전이 완료된 배터리(9,이하 충전 배터리라 칭함)를 전기자동차에 장착할 수 있도록 공급, 장착하고, 전기자동차에 장착되어 있는 방전된 배터리(이하 방전 배터리라 칭함)를 제거하여 보관장소로 이송, 적재하기 위한 것으로 비교적 안정적으로 배터리를 교체할 수 있도록 메인 이송레일장치(1)와 이 이송레일장치를 타고 이동되는 교환장치(M)로 구성되고, 이 교환장치(M)는 이송프레임(2), 견인장치(3), 승강로프(4) 및 클램핑장치(5)로 이루어진 견인 방식으로 구성된다.

여기서, 교환장치(M)는 하나로 구성될 수도 있지만 배터리의 교환시에는 전기자동차에 장착된 방전 배터리를 제거하는 작업과 충전 배터리를 전기자동차의 배터리장착부에 장착하는 작업이 동시에 수행되어야 하므로 대기시간을 줄일 수 있도록 복수의 교환장치(M)로 구성되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 메인 이송레일장치(1)에 두 대의 교환장치(M)를 구성한 예를 기준으로 설명한다.

메인 이송레일장치(1)는 배터리(9)의 교체를 위해 전기자동차가 진입하는 충전스테이션의 천정 부위에 설치되는 것으로, 전기자동차의 차고보다 높은 위치에 평행하게 설치되는 한 쌍의 횡바(11)와, 이 횡바(11)에 길이방향을 따라 후술되는 제1 슬라이더(23)가 접속되는 레일부재(12)가 구비되어 있다. 이때, 레일부재(12)는 대략 사각봉 형상으로 구성되되 양쪽 측면에 이탈을 방지하기 위해 도1의 확대부에 나타난 바와 같이 가이드돌부(121)가 돌출된 구조로 형성되어 있다.

그리고, 메인 이송레일장치(1)는 바닥면에 설치되는 수직 기둥(미도시)에 의해 하중이 지지되거나 충전스테이션의 천정에 설치되는 행거부재(미도시)에 의해 지지되도록 구성될 수 있다.

이송프레임(2)은 메인 이송레일장치(1)를 타고 이송되는 구성으로, 이송본체(21), 이송본체구동장치(22), 제1 슬라이더(23), 및 보조 이송레일(24)을 구비한다.

이송본체(21)는 양쪽 메인 이송레일장치(1) 사이에 배치되는 구성으로 형강이나 철판에 의해 형성되는 한 쌍의 종부재(211) 및 횡부재(212)가 대략 직사각 틀 형태로 연결, 형성된다.

이동본체구동장치(22)는 이송본체(21)를 이동시키는 구동력을 생성하여 인가하는 구성으로, 이송본체(21)에 설치되고 감속기를 구비한 이동본체모터(221)와 이 이동본체모터(221)의 출력축에 접속되는 구동휠(222)로 구성되어 있다.

그리고, 이동본체모터(221)는 전기를 에너지원으로 하는 전기 모터 또는 공압을 에너지원으로 공압모터, 유압을 에너지원으로 유압모터 중에서 선택하여 구성할 수 있다.

구동휠(222)은 원형 휠로 구성되어 그 외주면이 레일부재(12)의 측면에 밀착되는 것으로 이동본체모터(221)의 구동시에 구름이동되도록 되어 있다. 아울러 구동휠(222)은 기어로 구성될 수 있는데 구동휠이 기어로 구성될 경우에는 레일부재의 측면에 치산이 맞물림될 수 있도록 랙기어가 형성되어야 한다.

제1 슬라이더(23)는 메인 이송레일장치(1)에 접속되도록 이송본체(21)의 횡부재(212) 저부에 설치되는 구성으로, 메인 이송레일장치(1)의 레일부재(12)에 접속될 수 있도록 후술되는 제2 슬라이더(33)와 유사한 구조로 형성되어 있다.

보조 이송레일(24)은 메인 이송레일장치(1)에 대해 직교되는 이송본체(21)의 길이방향으로 배치되는 것으로 전술한 레일부재(12)와 유사하게 가이드돌부(241)를 구비한 사각봉 형상으로 구성되어 있다.

한편, 견인장치(3)는 도2b 내지 도3b에 나타난 바와 같이 이송프레임(2)에 탑재되어 이동되도록 구성되는 것으로, 견인장치본체(31), 견인본체구동장치(32), 제2 슬라이더(33), 견인구동모터(34), 견인감속기(35), 권상드럼(36), 및 견인휠(37)을 구비한다.

견인장치본체(31)는 이송프레임(2)의 종부재(211)에 이동 가능하게 장착되는 것으로 대략 직사각판 형태로 구성되어 상면에 견인구동모터(34), 견인감속기(35), 및 권상드럼(36)이 설치되고 저면 가장자리에 제2 슬라이더(33)가 설치되어 있다.

견인본체구동장치(32)는 도2b에 도시된 바와 같이 견인장치본체(31)를 이동시키는 구동력을 생성, 인가하여 견인장치본체(31)를 메인 이송레일장치(1)에 대해 직교되는 방향으로 이동시키는 구성으로 견인장치본체(31)에 설치되고 감속기를 구비한 이동본체모터(321)와 이 이동본체모터(321)의 출력축에 접속되는 구동휠(322)로 구성되어 있다.

제2 슬라이더(33)는 보조 이송레일(24)에 접속되도록 견인장치본체(31)에 구성되는 것으로, 전술한 제1 슬라이더(23)와 유사하게 사각 블록 형태를 갖되 보조 이송레일(24)에 접속될 수 있도록 슬라이딩홈(331)이 형성된 구조로 되어 있다.

견인구동모터(34)는 견인장치본체(31)의 상면에 설치되어 권상드럼(36)에 의한 승강로프(4)의 감김 및 풀림동작을 가능하게 하는 회전력을 생성, 인가하는 구성이고, 견인감속기(35)는 견인구동모터(34)의 회전력을 감속하기 위해 감속기하우징의 내부에 감속작용을 수행하는 다수의 감속기어가 서로 치합되어 구성된 것으로, 그 입력축이 견인구동모터(34)의 출력축과 커프링장치(351)에 의해 서로 접속되어 있다.

권상드럼(36)은 도3a 및 도3b에 나타난 바와 같이 견인감속기(35)로부터 전달되는 회전력에 의해 그 외주면에 권취된 승강로프(4)가 감김 및 풀림되도록 작동되는 부재로서 견인감속기(35)의 출력부(352)에 접속되어 회전되도록 되어 있다.

그리고, 상기 권상드럼(36)은 원통 형상으로 형성되고 타측 단부에 접속된 중심축(364)이 내부에 베어링이 내장된 베어링블록(363)에 의해 회전하게 가능하게 지지되어 있다. 또한 권상드럼(36)은 견인감속기(35)의 일측 출력부(352)에 접속되고 외주면에 복수의 권취홈이 이격되어 형성된 제1 권상드럼(361)과, 타측 출력부(352)에 접속되고 외주면에 복수의 권취홈이 이격되어 형성된 제2 권상드럼(362)으로 이루어진다.

견인휠(37)은 도3b에 나타난 바와 같이 통상 도르래 등으로도 호칭되고 있는 풀리 형태의 장치로서 승강로프(4)의 이동을 안내하면서 승강로프(4)로부터 인가되는 승강력을 전달받도록 클램핑장치(5)에 설치된다. 그리고 견인휠(37)은 클램핑장치(5)의 형태, 크기 및 하중이나, 배터리(9)의 하중에 따라 적절한 수량으로 다양하게 배치하여 구성할 수 있지만, 본 실시예에서는 클램프장치(5)의 일측 전후부에 설치되는 제1 및 제2 견인휠(371,372)과, 클램프장치(5)의 타측 전후부에 설치되는 제3 견인휠(373) 및 제4 견인휠(미도시)로 이루어져 있다.

그리고, 견인휠(37)은 지지축에 베어링을 매개로 회전 가능하게 설치되고 승강로프 안착홈이 형성된 원형의 휠체와 이 휠체를 회전 가능하게 지지하면서 견인장치본체에 고정시키는 휠고정브라켓으로 구성되어 있다.

아울러, 견인장치(3)는 제1 내지 제4 견인휠에 승강로프(4)가 수직방향으로 배치되도록 이동경로를 안내하는 제1 내지 제4 안내휠(381,382,383,384)이 구성되어 있다. 이 제1 내지 제4 안내휠(381,382,383,384)은 전술한 견인휠과 동일한 구조로 형성되고 제1 내지 제4 견인휠과 동축을 이루는 수직축 선상에 해당되는 견인장치본체(31)에 설치된다.

한편, 승강로프(4)는 다수 가닥의 강선을 하나의 묶음으로 형성한 것으로 견인장치(3)에 의해 감김 및 풀림 되면서 클램핑장치(5)를 승강시키기 위해 견인휠(37)의 수량과 대응하는 수량으로 구성되는 것으로, 일단이 권상드럼(36)에 고정되어 권취되되 서로 엉키지 않도록 이격, 배치된 권상드럼(36)의 권취홈에 각각 권취되어 있다. 또한 승강로프(4)의 타단은 견인장치본체(31)의 상면에 설치된 고정부(39)에 고정되도록 되어 있다.

그리고 승강로프(4)는 본 실시예에서 견인휠(37)이 4개로 구성되어 있으므로 제1 권상드럼(361)의 권취홈에 권취되어 제1 안내휠(381) 및 제1 견인휠(371)을 경유하여 제1 고정부(391)에 접속되는 제1 승강로프, 제1 권상드럼(361)의 권취홈에 권취되어 제2 안내휠(382) 및 제2 견인휠(372)을 경유하여 제2 고정부(392)에 접속되는 제2 승강로프, 제2 권상드럼(362)의 권취홈에 권취되어 제3 안내휠(383) 및 제3 견인휠(373)을 경유하여 제3 고정부(393)에 접속되는 제3 승강로프, 및 제2 권상드럼(362)의 권취홈에 권취되어 제4 안내휠(384) 및 제4 견인휠(미도시)을 경유하여 제4 고정부(394)에 접속되는 제4 승강로프로 이루어진다. 이때, 제1 내지 제4 승강로프(4)는 제1 및 제2 승강드럼(361,362)의 정역 회전시에 동시에 하강되거나 상승되도록 권취하여야 한다.

도4a 및 도4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템의 클램핑장치를 설명하기 위한 도면으로, 도4a는 저면 구조를 나타낸 사시도, 도4b는 측면에 나타나는 형상을 간략화하여 도시한 사시도이다.

클램핑장치(5)는 승강로프(4)에 접속되어 승강되면서 배터리(9)를 클램핑, 언클램핑, 및 이동시키는 장치로서, 클램프본체(51), 파지홀더(52), 및 홀더구동장치(53)로 구성되어 있다.

클램프본체(51)는 판상 구조로 형성되어 상면에 설치된 견인휠(37)에 감김된 승강로프(4)에 의해 견인되는 부재로서 후술되는 파지홀더(52)와 홀더구동장치(53)가 설치되어 있다.

파지홀더(52)는 도4b에 나타난 바와 같이 클램프본체(51)에 회동 가능하게 설치되어 배터리(9)를 클램핑 및 언클램핑하는 부재로서 클램프본체의 전후 모서리 부분에 한 쌍씩 회동, 가능하게 구성되어 있다.

그리고, 파지홀더(52)는 단부에 걸림훅(521)이 형성되어 내측으로 회전시 후술되는 바와 같이 배터리(9)에 마련된 걸림홈(931)의 단턱부(932)에 걸림되어 고정작용을 수행하고, 외측으로 회전시 걸림홈(931)으로부터 이탈되면서 고정상태가 해제되도록 작동된다.

홀더구동장치(53)는 파지홀더(92)를 구동시키는 구동력을 인가하는 장치로서, 파지홀더(52)를 회동시킬 수 있는 구동메커니즘을 갖는다면 형태나 구조에 제한 없이 다양하게 구성될 수 있지만, 본 실시예에서는 클램프본체(51)의 상면에 설치되는 홀더구동모터(531), 이 홀더구동모터(531)의 회전축에 결합된 구동기어(538)와 치합되는 종동기어(미도시)가 결합되어 회전되는 구동축(532), 구동축(532)의 회전력을 전달하기 위해 서로 맞물림되는 복수의 기어로 구성된 동력전달기어(533), 이 동력전달기어(533)에 의해 회전되는 종동축(535), 종동축에 접속되어 연동되는 웜기어(536), 및 웜기어(536)에 치합되어 회전되고 파지홀더(52)의 하부에 축설되는 웜휠(537)을 구비한다.

그리고, 클램프본체(51)에는 배터리(9)의 클램핑 및 언클램핑시에 배터리가 미끄러지면서 안정적으로 안착 및 이탈되도록 하기 위해 각 모서리 부분에 가이드롤러장치(54)가 설치되어 있다.

이때, 가이드롤러장치(54)는 베이스판(541)에 이격, 설치된 한 쌍의 측판(542) 사이에 복수의 롤러(543)가 설치, 구성된 것으로, 롤러(543)는 측판(542)의 단부로부터 클램프본체(51)를 향해 점차 돌출되는 형태로 배치되어 배터리의 안착시에 자연스럽게 미끄러지면서 원활하게 수용, 정위치 되도록 되어 있다.

한편, 배터리는 도4a에 도시된 바와 같이 내부에 배터리 셀(미도시)이 수납되는 수납공간이 마련되도록 복수의 골격 프로파일이 서로 연결되어 형성된 프로파일 구조체(91), 이 프로파일 구조체(91)의 모서리 부위에 설치되어 적층 또는 탑재시 자중을 지지하는 복수의 사이드 블록(92), 프로파일 구조체(91)에 마주보게 쌍을 이루도록 설치되고 전기 자동차의 배터리 장착부(미도시)에 마련된 파지홀더(미도시) 또는 전술한 클램핑장치(5)의 파지홀더(52)가 걸림되는 클램프 블록(93), 프로파일 구조체의 외면에 설치되는 케이스커버(94) 및 전원의 공급측에 접속되는 전원연결장치(95)가 구비되어 있다.

이때, 클램프 블록(93)은 상하로 걸림홈(931)이 형성된 사각틀 형태로 형성된 것으로 걸림홈(931)의 상하부에 파지홀더(52)의 걸림훅(521)이 걸림되는 단턱부(932)가 형성되어 있다.

이하 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템의 작용을 설명한다.

도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템의 작용을 설명하기 위한 도면으로, 클램핑장치의 하강된 상태를 나타낸 도면이다.

도1 내지 도5를 참조하여 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템에 의한 배터리의 교환과정을 간략하게 설명하되, 배터리가 내장되는 배터리장착부가 차체의 천정 상부에 위치하도록 구성된 전기 버스를 기준으로 설명한다.

먼저, 운행중에 배터리가 방전된 전기자동차가 충전스테이션으로 진입하거나 무선통신을 통해 진입이 예고되면 배터리 자동교환시스템의 제어부(미도시, 충전스테이션에 마련된 무선 송수신장치 및 진입감지장치로부터 신호를 인가받아 충배터리 자동교환시스템을 전반적으로 제어하는 시스템임)가 구동신호를 인가하여 두 대의 교환장치(M)를 작동시키게 된다. 이때, 선행하는 교환장치(M)는 전기자동차의 배터리장착부의 방전 배터리를 제거하기 위한 것이므로 클램핑장치(5)에 배터리를 장착하지 않은 상태로 이동되고, 후행하는 교환장치(M)는 전기자동차의 배터리장착부에 충전 배터리를 장착하여야 하므로 배터리를 탑재한 상태로 이동하게 된다.

이하 전술한 교체장치(M)의 작동과정을 구체적으로 설명한다. 제어부의 구동신호에 따라 이송본체구동장치(22)의 이동본체모터(221)가 회전되면 출력축에 접속된 구동휠(222)이 회전되어 레일부재(12)를 따라 이동되므로 이송본체(21)가 메인 이송레일장치(1)를 타고 전기자동차의 배터리장착부를 향해 X축 방향으로 이동하게 된다.

이와 동시에 견인본체구동장치(32)가 제어부의 구동신호에 따라 작동되면서 견인장치본체(31)가 보조 이송레일(24)을 타고 Y축 방향을 따라 클램핑장치(5)가 전기자동차의 배터리 장착부 상부에 정위치 되도록 이동된다.

전술한 바와 같이 클램핑장치(5)가 전기자동차의 배터리 장착부에 정위치 되면 제어부의 제어하에 견인구동모터(34)가 작동되어 정방향으로 회전되고 이 견인구동모터(34)의 회전력은 견인감속기(35)를 경유하면서 정해진 감속비로 감속된 후 출력부(352)로 출력되므로 이 출력부(352)에 결합된 제1 및 제2 권상드럼(361,362)이 연동되어 회전운동을 하게 된다.

제1 및 제2 권상드럼(361,362)이 정회전되면 그 외주면의 권취홈에 권취되어 있는 승강로프(4)가 풀려지게 되고 제1 내지 제4 안내휠(381,382,383,384)에 안내되어 하방으로 이동되므로 견인휠(37,제1 내지 제4 견인휠) 또한 점차적으로 하방으로 이동되고, 견인휠(37)이 결합된 클램프본체(51)가 하강하게 되면서 파지홀더(52)가 배터리(9)의 클램프 블록(93)에 정위치하게 된다.

이러한 상태에서 홀더구동장치(53)가 작동되어 파지홀더(92)를 내측으로 회동시키게 되면 파지홀더(92)의 걸림훅(921)이 걸림홈(931)으로 삽입된 후 단턱부(932)에 걸림 된다.

이후, 견인구동모터(34)가 역방향으로 회전되면 권상드럼(36)이 역방향으로 회전되므로 승강로프(4)가 상승하게 되고 이에 접속된 클램프본체(51)가 상승하게 되면서 파지홀더(52)가 배터리(9)를 배터리장착부로부터 이탈, 제거하게 된다.

전술한 바와 같이 선행하는 교체장치(M)에 의해 전기자동차에 장착된 방전 배터리의 분리작업이 완료되면 후행하는 교체장치(M)에 의해 충전 배터리의 장착작업이 가능하도록 선행하는 교체장치(M)의 이송본체구동장치(22)가 재구동되면서 메인 이송레일장치(1)를 타고 이동되어 교체영역을 벗어나게 된다.

이후, 후행하는 교체장치(M)는 배터리 교체영역으로 이동되고, 전술한 선행 교체장치(M)의 동작방식과 동일하게 이송프레임(2), 견인장치(3), 승강로프(4) 및 클램핑장치(5)가 작동되면서 전기자동차의 배터리장착부에 탑재된 충전 배터리를 정위치 시키게 된다.

이러한 상태에서 홀더구동장치(53)가 작동되어 파지홀더(92)를 외측으로 회동시키게 되면 배터리의 단턱부(932)에 걸림되어 있는 파지홀더(92)의 걸림훅(921)이 이탈되면서 배터리의 구속상태가 해제 된다.

이후, 견인구동모터(34)가 역방향으로 회전되면 상승되는 승강로프(4)에 의해 클램프본체(51)의 상승동작이 수행되고, 이송본체구동장치(22)가 재구동되면서 메인 이송레일장치(1)를 타고 정해진 위치로 이동하게 된다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어나지 않은 범위 내에서 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 있다고 할 것이다.

M:교환장치 1:메인 이송레일장치
11:횡바 12:레일부재
2:이송프레임 21:이송본체
22:이송본체구동장치 23:제1 슬라이더
24:보조 이송레일 3:견인장치
31:견인장치본체 32:견인본체구동장치
33:제2 슬라이더 34:견인구동모터
35:견인감속기 36:권상드럼
37:견인휠 38:안내휠
4:승강로프 5:클램핑장치
51:클램프본체 52:파지홀더
53:홀더구동장치 9:배터리
91:프로파일 구조체 92:사이드 블록
93:클램프 블록 94:케이스커버
95:전원연결장치

Claims

전기자동차의 배터리를 교환하는 시스템에 있어서,
전기자동차의 차고보다 높은 위치에 설치되는 메인 이송레일장치와, 상기 메인 이송레일장치에 설치되어 배터리를 교환하는 교환장치(M)를 구비하되,
상기 교환장치는,
상기 메인 이송레일장치를 타고 이동되는 이송프레임;
상기 이송프레임에 탑재되어 이동되는 견인장치;
상기 견인장치에 의해 감김 및 풀림되는 승강로프; 및
상기 승강로프에 접속되어 승강되고 상기 배터리를 클램핑, 언클램핑 및 이동시키는 클램핑장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템.
제1항에 있어서,
상기 이송프레임은
상기 메인 이송레일장치 사이에 배치되는 이송본체;
상기 이송본체를 이동시키는 이송본체구동장치;
상기 메인 이송레일장치에 이동 가능하게 접속되고 상기 이송본체의 양쪽에 구성되는 제1 슬라이더; 및
상기 메인 이송레일장치에 대해 직교되는 방향으로 상기 이송본체에 배치되는 보조 이송레일을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템.
제2항에 있어서,
상기 견인장치는,
상기 이송프레임에 이동 가능하게 설치되는 견인장치본체;
상기 견인장치본체를 이동시키는 견인본체구동장치;
상기 보조 이송레일에 이동 가능하게 접속되고 상기 견인장치본체에 구성되는 제2 슬라이더;
상기 견인장치본체에 설치되는 견인구동모터;
상기 견인구동모터의 회전력을 감속하기 위해 접속되는 견인감속기;
상기 견인감속기의 출력부에 접속되어 회전되고 상기 승강로프가 권취되는 권상드럼; 및
상기 승강로프의 이동을 안내하면서 승강력을 인가받기 위해 상기 클램핑장치에 설치되는 견인휠을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템.
제3항에 있어서,
상기 권상드럼은 상기 출력부의 일측에 접속되고 외주면에 복수의 권취홈이 이격되어 형성된 제1 권상드럼과 상기 출력부의 타측에 접속되고 외주면에 복수의 권취홈이 이격되어 형성된 제2 권상드럼으로 이루어지고,
상기 견인휠은 상기 클램프장치의 일측 전후부에 설치되는 제1 및 제2 견인휠과, 상기 클램프장치의 타측 전후부에 설치되는 제3 및 제4 견인휠로 이루어지며,
상기 승강로프의 이동을 안내하도록 상기 제1 내지 제4 견인휠과 동일 수직축 선상에 해당되는 상기 견인장치본체에 설치되는 제1 내지 제4 안내휠을 구비하고,
상기 승강로프는 상기 제1 권상드럼의 권취홈이 권취되어 제1 안내휠 및 제1 견인휠을 경유하여 제1 고정부에 접속되는 제1 승강로프, 상기 제1 권상드럼의 권취홈이 권취되어 제2 안내휠 및 제2 견인휠을 경유하여 제2 고정부에 접속되는 제2 승강로프, 상기 제2 권상드럼의 권취홈이 권취되어 제3 안내휠 및 제3 견인휠을 경유하여 제3 고정부에 접속되는 제3 승강로프, 및 상기 제2 권상드럼의 권취홈이 권취되어 제4 안내휠 및 제4 견인휠을 경유하여 제4 고정부에 접속되는 제4 승강로프로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 클램핑장치는,
클램프본체;
상기 클램프본체에 회동 가능하게 설치되고 상기 배터리를 클램핑 및 언클램핑하는 복수의 파지홀더; 및
상기 파지홀더를 구동시키는 구동력을 인가하는 홀더구동장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 견인식 배터리 자동교환시스템.