KR20170128469A - 전기 차량의 배터리 팩, 전기 차량 샤시 및 배터리 모듈 교체 방법 - Google Patents

전기 차량의 배터리 팩, 전기 차량 샤시 및 배터리 모듈 교체 방법 Download PDF

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KR20170128469A
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월렌 샴
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썬더 파워 뉴 에너지 비이클 디벨롭먼트 컴퍼니 리미티드.
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Abstract

전기 차량 내의 배터리 팩에 대한 시스템 및 방법들이 제공된다. 배터리 팩은 복수 개의 배터리 모듈과 지지부, 및 상기 지지부에 제공된 적어도 하나의 개구를 포함할 수 있다. 상기 지지부에는 상기 복수 개의 배터리 모듈들을 지지하는 하부, 측부, 상부 및, 상기 복수 개의 배터리 모듈들이 수용되며 상기 하부, 측부, 및 상부에 의해 이루어진 수용 공간이 제공될 수 있다. 상기 지지부의 하부에 제공된 개구는 상기 복수 개의 배터리 모듈들이 상기 적어도 하나의 개구를 통해 통과되며 상기 지지부의 하부에 탈착 가능하게 장착되도록 함으로써 상기 하부에 의해 지지될 수 있다.

Description

전기 차량의 배터리 팩, 전기 차량 샤시 및 배터리 모듈 교체 방법
본 발명은 전기 차량에 관한 것으로, 특히 전기 차량의 배터리 팩 구조, 배터리 팩을 갖는 전기 차량 샤시, 전기 차량 샤시로부터 배터리 모듈을 제거 및 교체하는 방법에 관한 것이다.
배터리 팩은, 일차적인 에너지원으로서 제공되기 때문에, 전기 자동차의 가장 중요한 구성 요소 중 하나이다. 배터리 팩은 보통 복수 개의 배터리 모듈을 결합하여 형성된다. 전기 차량이 작동하는 동안에 복수 개의 배터리 모듈 중 일부는 오작동할 수 있다. 그러나, 배터리 팩 내의 배터리 모듈은 보통 집적 구조로서 장착되기 때문에, 단일 배터리 모듈에서 오작동이 있더라도, 오작동된 배터리 모듈이 개별적으로 제거되거나 교체될 수 없다.
본 발명은 전기 차량에 관한 것으로, 특히 전기 차량의 배터리 팩 구조, 배터리 팩을 갖는 전기 차량 샤시, 전기 차량 샤시로부터 배터리 모듈을 제거 및 교체하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
전기 차량 내 배터리 팩을 구성하는 시스템 및 방법이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 전기 차의 배터리 팩이 제공된다. 상기 배터리 팩은 복수 개의 배터리 모듈을 포함할 수 있다. 상기 배터리 팩은 상기 복수 개의 배터리 모듈을 지지하는 하부, 측부, 상부, 및 상기 복수 개의 배터리 모듈을 수용하도록 하부, 측부, 및 상부에 의해 형성된 수용 공간을 갖는 지지부를 더 포함할 수 있다. 상기 배터리 팩은 상기 지지부의 하부나 측부에 제공된 적어도 하나의 개구를 더 포함할 수 있으며, 복수 개의 배터리 모듈은 상기 적어도 하나의 개구를 관통하고 지지부의 하부나 측부 중 하나에 탈착가능하게 장착되어 하부와 측부 중 하나에 의해 지지된다.
일 실시예들에 있어서, 상기 배터리 팩은 상기 지지부 상에 수용된 복수 개의 배터리 모듈을 커버하며 상기 지지부의 상부 위에 장착된 막을 더 포함할 수 있다. 일 실시예들에 있어서, 상기 적어도 하나의 개구는 상기 지지부의 하부에 제공된다. 일 실시예들에 있어서, 상기 배터리 팩은 상기 복수 개의 배터리 모듈 각각에 제공된 제1 및 제2 장착 플랜지(mounting flanges)를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 장착 플랜지는 상기 복수 개의 배터리 모듈 각각의 하부의 두 반대측(opposite sides)에 각각 배치될 수 있으며, 상기 복수 개의 배터리 모듈은 상기 제1 및 제2 장착 플랜지를 이용하여 상기 지지부 하부에 장착될 수 있다. 상기 제1 및 제2 장착 플랜지는 상기 지지부의 하부 아래에 장착될 수 있다.
일 실시예들에 있어서, 상기 복수 개의 배터리 모듈은 조임쇠(fastener)를 이용하여 상기 지지부의 하부에 장착될 수 있다. 일 실시예들에 있어서, 상기 배터리 팩은 상기 지지부의 하부 아래에 장착되며 상기 지지부 내에 수용된 상기 복수 개의 배터리 팩을 커버하는 보호 시트를 더 포함할 수 있다. 일 실시예들에 있어서, 상기 지지부 상부 위에 장착된 막은 탄소섬유 복합재막(carbon fiber composite layer)일 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 있어서, 전기 차량 샤시가 제공된다. 상기 전기 차량 샤시는 전기 차량의 캐빈 아래에 위치한 언더바디 패널을 포함할 수 있다. 상기 전기 차량 샤시는 또한 상기 언더바디 패널의 길이 방향을 따라 연장된 두 개의 측부 실(sill)을 포함할 수 있다. 상기 두 개의 측부 실 각각은 상측부와 하측부를 포함할 수 있으며, 상기 상측부를 통해 언더바디의 두 반대측 중 하나에 연결될 수 있다. 상기 전기 차량 샤시는 상기 언더바디 패널 아래의 두 측부 실 사이에 위치한 배터리 팩을 더 포함할 수 있다. 상기 배터리 팩은 상기 지지부의 하부를 통해 상기 두 측부 실의 하측부에 장착될 수 있다.
일 실시예들에 있어서, 상기 전기 차량 샤시는 상기 지지부 상부 위에 장착되며 지지부에 수용된 복수 개의 배터리 모듈을 커버하는 막을 더 포함할 수 있다. 일 실시예들에 있어서, 상기 지지부에 제공된 상기 적어도 하나의 개구는 상기 지지부의 하부에 제공된다. 일 실시예들에 있어서, 상기 지지부의 하부는 상기 언더바디 패널의 길이 방향을 따라 연장된 장착 플랜지에 제공되며, 상기 배터리 팩은 상기 장착 플랜지를 이용하여 두 측부 실의 하측부에 장착될 수 있다. 일 실시예들에 있어서, 상기 지지부의 장착 플랜지는 조임쇠로 두 측부 실의 하측부에 장착된다.
일 실시예들에 있어서, 상기 전기 차량 샤시는 상기 다수의 배터리 모듈 각각에 제공된 제1 및 제2 장착 플랜지를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 및 제2 장착 플랜지는 상기 복수 개의 배터리 모듈 각각의 하부의 두 반대측에 각각 배치될 수 있으며, 상기 복수 개의 배터리 모듈은 상기 제1 및 제2 장착 플랜지를 이용하여 상기 지지부의 하부에 장착될 수 있다. 상기 제1 및 제2 장착 플랜지는 상기 지지부의 하부 아래에 장착될 수 있다.
일 실시예들에 있어서, 상기 복수 개의 배터리 모듈은 조임쇠로 상기 지지부의 하부에 장착된다. 일 실시예들에 있어서, 상기 전기 차량 샤시는 상기 지지부 내에 수용된 상기 복수 개의 배터리 모듈을 커버하며 상기 지지부의 하부 아래에 장착된 보호 시트를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 지지부 상부 위에 장착된 상기 막은 탄소 섬유 복합재막이다.
본 발명의 또 다른 측면에 있어서, 전기 차량 내 배터리 모듈의 교체 방법이 제공된다. 상기 방법은 배터리 팩 내 복수 개의 배터리 모듈 중 제1 배터리 모듈을 확인하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 지지부 하부로부터 상기 제1 배터리 모듈을 분리하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 또한, 상기 제1 배터리 모듈을 상기 적어도 하나의 개구를 통해 통과시킴으로써 상기 지지부로부터 상기 제1 배터리 모듈을 제거하는 단계를 포함한다. 이에 더해, 상기 방법은 상기 적어도 하나의 개구를 통해 제2 배터리 모듈을 통과시키고 상기 제2 배터리 모듈을 상기 지지부 하부에 장착함으로써 상기 지지부에 제2 배터리 모듈을 삽입하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예들에 있어서, 상기 제2 배터리 모듈은 상기 제1 배터리 모듈보다 더 큰 전위 에너지(electrical potential energy)를 가질 수 있다. 일 실시예들에 있어서, 상기 방법은 또한 상기 지지부 하부의 아래로부터 보호 시트를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일 실시예들에 있어서, 상기 방법은 상기 제1 배터리 팩을 상기 지지부의 하부에 장착되도록 하는 조임쇠를 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따라 배터리 모듈을 배터리 팩에 장착하는 것을 도시한 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 상기 배터리 팩의 지지부를 도시한 개략적인 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른, 배터리 백을 포함하는 전기 차량 샤시를 개략적으로 도시한 분해 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른, 배터리 백을 포함하는 전기 차량 샤시를 개략적으로 도시한 구조적인 단면도(structural sectional view)이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 배터리 백을 포함하는 전기 차량 샤시로부터 배터리 모듈을 제거한 것을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 팩을 도시한 개략적인 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른, 상기 배터리 백을 포함하는 전기 차량 샤시로부터 배터리 모듈을 제거한 것을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른, 상기 배터리 백을 포함한 전기 차량 샤시로부터 배터리 모듈을 제거한 것을 개략적으로 도시한 단면도이다.
본 발명은 2015년 3월 16일자 출원된 미국 예비 출원 62/133991호 “전기 자동차의 개선”에 대해 우선권 주장하면서 출원된 2015년 12월 31일자 미국 예비 특허 출원 62/273995호, 및 2015년 4월 22일자 출원된 미국 예비 특허 출원 62/150848호 “전기 자동차의 개선”에 대해 우선권을 주장하며, 두 출원의 모든 내용은 본 출원을 설명하기 위한 참조 자료로써 본 출원에 병합된다.
본 발명은 전기 차량에 채용된 현재의 배터리 팩의 한계를 극복하기 위한 시스템과 방법을 제공한다. 본 발명은 교체가 용이한 배터리 모듈을 갖는 배터리 팩과 전기 차량 샤시로부터 상기 배터리 모듈을 제거 및/또는 교체하는 방법을 제공하기 위한 것이다. 본 발명에 의해 제공된 배터리 팩은 현재 사용가능한 배터리 팩에 비해 몇 가지 장점을 가지며, 그 장점은: 본 발명의 배터리 팩은 지지부에 제공되며, 각 배터리 모듈이 상기 지지부의 하부나 측부에 제공된 개구를 통해 상기 지지부 내에 개별적으로 장착될 수 있다는 점, 이렇게 모듈로서 장착 가능하기 때문에, 배터리 모듈이 상기 배터리 팩으로부터 개별적으로 분리되어 교체가능한 점을 포함하며, 이에 따라 교체가 용이하고, 많은 양의 지루하고 복잡한 분리 작업을 피할 수 있으며, 비용이 감소한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따라 배터리 팩(101)에 배터리 모듈(103)을 장착하는 것을 개략적으로 도시한 단면도로서, 상기 배터리 팩의 길이 방향에 수직하게 절단한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전기 차량의 상기 배터리 팩(101)은 복수 개의 배터리 모듈(103) 및 지지부(102)를 포함할 수 있으며, 상기 복수 개의 배터리 모듈(103)은 상기 지지부(102)에 장착된다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따라 배터리 팩(101)의 지지부(102)를 개략적으로 도시한 사시도이다. 상기 지지부(102)의 길이 방향(도 2에서 화살표 A로 도시됨)은 상기 배터리 팩(101)의 길이 방향과 평행하다. 도 2에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 있어서, 상기 지지부(102)는 하부(401), 상부(402), 및 네 측부(403)에 제공된다. 상기 하부(401), 상기 상부(402) 및 상기 측부(403)은 수용 공간(405)를 함께 형성한다. 상기 하부(401)은 복수 개의 개구(404)를 포함하며, 각각은 상기 지지부(102)의 길이 방향에 수직한 방향으로 폭(D1)을 가질 수 있다. 측부(403)는 상기 하부(401)로부터 위쪽으로 연장된 복수 개의 기둥들(columns)로 이루어질 수 있다. 상기 상부(402)는 상기 측부(403) 위에 위치할 수 있으며, 프레임 구조, 예를 들어, 서로 연결된 4개의 가장자리(edge)로 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 배터리 모듈(103)은 상기 개구(404)를 통해 상기 하부(401)의 하측부(underside)로부터 상기 수용 공간(405) 내로 통과할 수 있다. 도 2에 도시된 상기 지지부(102)는 상기 지지부(102)의 폭 방향(상기 지지부(102)의 길이 방향에 수직한)을 따라 두 개의 개구를 가질 수 있으며, 이로서, 상기 지지부(102)는 상기 지지부(102)의 길이 방향을 따라 보이는 바와 같이 두 행의 배터리 모듈들(103)을 수용할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 지지부(102)는 한 행 또는 두 행 이상의 배터리 모듈들(103)을 수용할 수 있다. 상기 지지부(102)는 보통 경량의 고강도 재료로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 알루미늄 합금, 마그네슘 합금, 및 다른 임의의 경량 고강도 재료로 이루어질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 지지부(102)는 상부(402)나 측부(403)를 제외하고, 하부(401)에만 제공될 수 있다. 그러나, 상부(402) 및 상기 측부(403)는 상기 지지부(102)를 더 안정화시킬 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 하부(401), 상기 상부(402) 및 상기 측부(403)은 또한 판상 재료로 만들어질 수 있다. 그러나, 도 2에 도시된 상기 프레임 구조들은 상기 지지부의 무게를 감소시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(103)을 개략적으로 도시한 사시도이다. 배터리 모듈은 전기 차량 내에 배치된 전기 모터를 구동하도록 전기 에너지를 공급할 수 있다. 차량을 구동하는 동안, 제공된 배터리 모듈은 전위 에너지, 또는 전압(voltage)가 감소될 수 있으며, 교체해야 할 수 있다. 차량이 구동되는 동안 하나의 배터리에서 전위 에너지가 감소하는 방식은 다른 배터리 모듈에서 전위 에너지가 얼마나 감소하느냐와 서로 다를 수 있으며 서로 독립적일 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같디, 각 배터리 모듈(103)에는 본체(body) 하부 양 반대측에 제1 장착 프랜지(501)와 제2 장착 프랜지(502)가 제공될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 각 배터리 모듈(103)의 본체는 폭(D2)에 해당하며, 이의 길이 방향에 따른 제1 장착 플랜지(501)와 제2 장착 플랜지(502)의 바깥쪽 가장자리 사이의 거리는 D3에 해당한다. 일 실시예에 있어서, 상기 지지부(102)의 하부(401) 내의 각 개구(404)의 폭(D1)은 각 배터리 모듈(103) 본체의 폭(D2)보다 크며, 길이 방향에 따른 제1 장착 플랜지(501)과 제2 장착 플랜지(502)의 바깥쪽 가장자리들 사이의 거리(D3)보다 작다. 상기 지지부(102)에 배터리 모듈(103)을 장착함에 있어서, 상기 배터리 모듈(103)은 제1 장착 플랜지 (501)와 제2 장착 플랜지(501)의 길이 방향이 지지부(102)의 길이 방향과 평행하도록 배치되며, 이로서, 상기 배터리 모듈(103)의 본체는 상기 개구(404)의 하측부로부터 상기 개구(404)를 통과할 수 있으나, 배터리 모듈(103)의 제1 장착 플랜지(501)와 제2 장착 플랜지(502)는 상기 개구(404)를 통과하지 못한다. 이에 따라, 상기 배터리 모듈(103)은 상기 제1 장착 플랜지(501)와 상기 제2 장착 플랜지(502)를 통해 상기 지지부(102)의 하부(401)에 장착될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 지지부(102)의 하부(401)에 상기 배터리 모듈(103)이 장착된 후, 상기 제1 장착 플랜지(501) 및 상기 제2 장착 플랜지(502)가 상기 지지부(102)의 하부(401) 아래에 배치된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 팩(101)은 탄소 섬유 복합재막(104) 및 보호 시트(105)를 포함할 수 있다. 탄소 섬유 복합재막(104)는 상기 지지부(102)의 상부(402) 상에 장착되어, 상기 지지부(102)에 수용된 상기 복수 개의 배터리 모듈(103)을 커버할 수 있다. 상기 탄소 섬유 복합재막(104)는 단열 및 EMI(Electro-Magnetic Interference) 차단 역할을 위해 보통 내열성(refractory) 재료로 이루어지지만, 다른 재료도 적합할 수 있다. 상기 보호 시트(105)는 상기 지지부(102)의 하부(401) 아래에 장착되며, 상기 지지부(102)에 수용된 복수 개의 배터리 모듈(103)을 커버한다. 상기 보호 시트(105)는 상기 배터리 모듈(103)을 보호하기 위해 보통 고강도 재료(예를 들어, 티타늄 합금, 강철, 등)으로 이루어진다.
도 3에 도시된 바와 같이, 배터리 모듈(03)의 제1 장착 플랜지(501) 및 제2 장착 플랜지(502)에는 장착 홀들(503)이 제공될 수 있으며, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 지지부(102)의 하부(401)에는 복수 개의 장착 홀들(406)이 제공된다. 이에 따라, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 모듈들(103)은 상기 장착 홀에 맞는 제1 조임쇠(107)로 상기 지지부(102)의 하부(401)에 장착될 수 있다. 이에 더해, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 탄소 섬유 복합재막(104) 및 상기 보호 시트(105)는 제2 조임쇠(106)과 제3 조임쇠(108)로 상기 지지부(102)에 각각 장착될 수 있다. 이를 위해, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 지지부(102)의 상부(402) 및 하부에는 탄소 섬유 복합재막(104) 및 보호 시트(105)를 장착하기 위한 장착 홀이 제공된다. 여기서, 상기 배터리 모듈(103), 상기 탄소 섬유 복합재 (104) 및 상기 보호 시트(105)는 조임쇠를 이용한 방법 이외의 다른 방법을 이용하여 장착될 수 있음이 이해되어야 할 것이다.
도 1, 도 2, 및 도 3을 참조하며 상기 배터리 팩(101)의 조립 공정에 대해 이하 설명한다. 일 실시예들에 있어서, 제1 단계는 상기 배터리 모듈(103)을 지지부(102)에 장착하는 단계를 포함한다. 특히, 제1 단계는 배터리 모듈(103)의 제1 장착 플랜지(501) 및 제2 장착 플랜지(502)의 길이 방향이 상기 지지부(102)의 길이 방향과 평행하게 배터리 모듈(102)를 배열하는 단계를 포함할 수 있다. 제2 단계는 상기 개구(404)의 하측부로부터 상기 지지부(102) 하부(401)의 개구(404)를 통해 상기 배터리 모듈(103)의 본체를 통과시키고, 상기 배터리 모듈(103)의 상기 제1 장착 플랜지(501)과 상기 제2 장착 플랜지(501) 내의 장착 홀(502)을 상기 지지부(102) 하부(401) 내의 대응하는 장착 홀(406)에 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 제3 단계는 상기 제1 조임쇠(107)를 상기 장착 홀을 통해 삽입하는 단계 및 상기 제1 조임쇠(107)를 조이는 단계를 포함한다. 따라서, 이러한 단계들을 따라, 배터리 모듈(103)이 상기 지지부(102)에 장착될 수 있으며, 다른 배터리 모듈도 상술한 것과 동일한 방식으로 장착될 수 있다.
상기 복수 개의 배터리 모듈(103)이 상기 지지부(102)에 장착된 후, 제4 단계는 탄소 섬유 복합재막(104)과 보호 시트(105)를 상기 지지부(102)에 장착하는 단계를 포함할 수 있다. 특히, 제4 단계는 상기 탄소 섬유 복합재막(104)을 상기 제2 조임쇠(106)를 이용하여 상기 지지부(102)의 상부(402) 위에 장착하는 단계와, 상기 보호 시트(105)를 제3 조임쇠(108)를 이용하여 상기 지지부(102)의 하부(401) 아래에 장착하는 단계를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 조립 공정은 상술한 순서에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 탄소 섬유 복합재막(104)은 상기 복수 개의 배터리 모듈(103)이 상기 지지부(102)에 장착되기 전에 상기 지지부(102)의 상부(402) 위에 장착될 수 있다.
본 발명에 있어서 상기 배터리 모듈들(103)이 조립식 방식(modularized manner)으로 상기 배터리 팩(101)에 장착될 수 있음을 확인할 수 있다. 따라서, 복수 개의 배터리 모듈들(103)은 서로 별개로 추가 및/또는 제거될 수 있다. 상기 탄소 섬유 복합재막(104) 및 상기 보호 시트(105)는 상기 배터리 모듈에 따라 각각이 독립적으로 장착될 수 있으며, 이에 따라 개별적으로 제거될 수도 있다.
일 실시예들에 있어서, 본 발명에 따른 상기 배터리 팩은 전기 차량 샤시의 일부를 구성한다. 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 백(101)을 포함하는 전기 차량 샤시를 개략적으로 도시한 분해 단면도이다. 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 백을 포함하는 전기 차량 샤시의 개략적인 구조 단면도이다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 일 실시예들에 있어서, 상기 전기 차량 샤시(300)은 언더바디 패널(301), 두 개의 측부 실(302) 및 배터리 팩(101)을 포함한다. 상기 언더바디 패널(301)은 전기 차량의 캐빈(미도시) 아래에 위치한다. 상기 두 개의 측부 실(302)은 상기 언더바디 패널(301)의 길이 방향을 따라 연장될 수 있다. 상기 두 개의 측부 실(302) 각각은 상측부(3021)과 하측부(3022)를 포함할 수 있으며, 상기 상측부(3021)를 통해 상기 언더바디 패널(301)의 두 양 측부 중 하나에 연결될 수 있다. 상기 배터리 팩(101)은 상기 언더바디 패널(301)의 아래에 위치할 수 있고 상기 두 개의 측부 실(302) 사이에 배치될 수 있으며, 상기 배터리 팩(101)은 상기 측부 실(302)의 하측부(3022)에 장착될 수 있다. 일 실시예들에 있어서, 상기 배터리 팩(101)의 길이 방향은 상기 언더바디 패널(301)의 길이 방향과 평행하다.
상기 배터리 팩(101)이 상기 측부 실(302)의 하측부(3022)에 장착될 수 있도록, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 배터리 팩(101)에는 상기 지지부(102) 하부(401)의 양 측부 상에 제2 장착 플랜지(4011) 및 제2 장착 플랜지(4012)가 제공될 수 있다. 상기 제1 장착 플랜지(4011) 및 상기 제2 장착 플랜지(4012)의 길이 방향은 상기 배터리 팩(101)의 길이 방향과 평행할 수 있다. 두 개의 측부 실(302) 각각에는 그 하측부(3022)에 장착 홀(304)이 제공될 수 있으며, 상기 지지부(102)의 상기 제1 장착 플랜지(4011) 및 상기 제2 장착 플랜지(4012)에는, 배터리 팩(101)이 상기 장착 홀에 대응하는 조임쇠(303)을 통해 상기 두 개의 측부 실(302) 하측부(3022)에 장착될 수 있도록, 대응하는 장착 홀이 제공될 수 있으며, 상기 배터리 모듈(103)의 상기 제1 장착 플랜지(501)과 제2 장착 플랜지(502)가 상기 지지부(102)의 하부(401) 아래에 배치되기 때문에, 상기 지지부(102)의 배터리 모듈(103)을 상기 두 개의 측부 실(302)의 하측부(3022)에 장착시키기 위해서는, 상기 배터리 모듈(103)의 상기 제1 장착 플랜지(501) 및 제2 장착 플랜지(502)에는 제4 조임쇠용 장착 홀이 제공될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 그러나, 상기 지지부(102)의 상기 제1 장착 플랜지(4011) 및 제2 장착 플랜지(4012)의 폭이 상기 배터리 모듈(103)의 제1 장착 플랜지(501)과 상기 제2 장착 플랜지(502)의 폭보다 크게 제공되는 경우에는, 상기 배터리 모듈(103)의 제1 장착 플랜지(501) 및 제2 장착 플랜지(502)에는 상기 제4 조임쇠용 장착 홀이 없을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 배터리 팩(101)이 모듈적으로 장착되기 때문에, 배터리 모듈(103)의 오작동의 경우, 오작동된 배터리 모듈(103)을 쉽게 제거하고 교체할 수 있다. 상기 배터리 모듈들(103)의 제거 공정은 후술될 것이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 백을 포함하는 전기 차량 샤시로부터 배터리 모듈을 제거하는 것을 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 6을 참조하면, 배터리 모듈(103)이 오작동하고 교체되어야 할 때, 제1 단계는, 전위 에너지가 낮은 경우를 포함한 몇 가지 가능한 이유 중 하나로 인해 교체가 필요한 오작동 배터리 모듈을 확인하는 단계일 수 있다. 다음 단계는 상기 지지부(102)로부터 상기 보호 시트(105)가 제거될 수 있도록 상기 전기 차량 샤시(300)의 하측부로부터 제3 조임쇠(108)을 제거하는 것일 수 있다. 다음으로, 상기 오작동된 배터리 모듈(103)에 사용된 제1 조임쇠(107)가 제거됨으로써 상기 오작동된 배터리 모듈(103)이 상기 지지부(102)의 하측부로부터 제거될 수 있게 한다. 상기 배터리 팩(101)에 교체 배터리 모듈(103)을 장착하는 공정은 상술한 제거 공정의 역순이며, 여기서 설명되지는 않을 것이다.
상술한 제1 조임쇠(107), 제2 조임쇠(106), 제3 조임쇠(108) 및 제4 조임쇠 (303)은 탈착가능한 부분일 수 있으며 종래 기술에서 조임에 사용되는 구성 요소, 예를 들어, 볼트일 수 있다. 상기 구성 요소들을 제거하기 용이하도록 서로 다른 조임쇠들이 서로 다른 구성 요소들을 연결하는 데 사용될 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 팩 구조, 상기 배터리 팩을 포함하는 전기 차량 샤시, 및 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 팩을 포함하는 전기 차량 샤시로부터 배터리 모듈을 제거하는 방법을 이용하여, 오작동된 배터리 모듈(103)은 다른 배터리 모듈들(103)에 영향을 끼치지 않고 개별적으로 샤시의 하측부에서 전기 차량의 샤시로부터 제거될 수 있다. 상기 배터리 팩(101)은 전체가 다 제거될 필요는 없으며, 이에 따라, 어떠한 오작동된 배터리 모듈(103)이라도 본 발명을 통해 간편하게 교체될 수 있다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 도시한 단면도인 바, 화살표는 배터리 모듈의 장착 방향을 나타낸다. 제1 실시예에 따른 배터리 팩(101')의 구조는 상기 제1 실시예와 대체적으로 유사하며, 상술한 제1 실시예와의 일 차이점은 상기 배터리 모듈(103)이 상기 배터리 팩(101)의 지지부(102) 하부(401)을 관통함으로써 대체적으로 탈착 가능하게 상기 수용 공간(405)에 장착된다는 것이다. 제2 실시예에 있어서, 배터리 모듈(103')은 배터리 팩(101')의 지지부(102')의 측부(403')을 관통함으로써 수용 공간(405')에 대체적으로 탈착가능하게 장착된다.
특히, 상기 지지부(102')의 길이 방향에 따른 두 측부(403')에는 복수 개의 개구가 제공되며, 복수 개의 배터리 모듈들(103')은 복수 개의 개구를 통해 상기 수용 공간(405')로 들어갈 수 있으며, 지지부(102')의 하부(401')에 탈착 가능하게 장착된다. 이에 따라, 상기 배터리 팩(101')이 조립되면, 상기 배터리 모듈(103')은 개구를 통해 지지부(102') 측부(403')에 있는 개구의 측부로부터 상기 수용 공간(405')로 들어가며, 그 다음, 복수개의 배터리 모듈들(103')이 제2 조입쇠(107')을 통해 지지부(102')의 하부(401')에 탈착가능하게 장착될 수 있다. 제1 실시예와 다르게, 제2 실시예에서는 배터리 모듈들(103')의 제1 장착 플랜지(501') 및 제2 장착 플랜지 (502')가 상기 지지부(102') 하부(401') 상에 배치될 수 있음을 유의해야 한다.
상기 배터리 모듈들(103')이 상기 측부(403')의 개구로부터 상기 수용 공간(405')로 들어가므로, 오작동된 배터리 모듈(103')을 배터리 모듈들(103')으로부터 제거할 때 보호 시트(105')를 제거할 필요가 없을 수 있다. 이에 따라, 제2 실시예에 따르면, 제3 조임쇠들(108')을 이용하여 상기 지지부(102') 하부(401') 아래에 보호 시트(105')를 장착시키는 단계가 상기 배터리 모듈들(103')을 상기 지지부(102')에 장착시키는 단계보다 먼저 또는 나중일 수 있다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 팩을 전기 차량 샤시(300')에 장착시키는 방법은 상술한 제1 실시예와 동일하며, 여기서 설명되지는 않을 것이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 백을 포함하는 전기 차량 샤시로부터 배터리 모듈을 제거하는 것을 개략적으로 도시한 단면도들이다. 도 8을 참조하면, 오작동된 배터리 모듈(103')을 제거하는 경로는 해당하는 측부 실(302')를 곧바로 제거하는 것으로 이루어진다. 도 9를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 팩(101')을 포함하는 전기 차량 샤시의 각 측부 실(302')에는 적어도 하나의 탈착부(901')가 제공된다. 오작동된 배터리 모듈(103')을 제거하기 위한 경로(902')는 상기 탈착부(901')를 제거함으로써 형성된다. 상기 탈착부(901')의 크기는 상기 배터리 모듈들(103')이 측부 실(302')의 지지력에 영향을 주지 않으면서 탈착부(901')을 제거하여 형성된 상기 경로(902')로 통과할 수 있는 정도의 조건에 맞을 수 있다. 상기 탈착부(901')의 위치는 상기 측부 실(302')과 다른 구성 요소와의 연결 및 고정에 많이 영향받지 않는 정도의 요건을 만족할 수 있다.
전기 치량 샤시에 대한 다른 디자인 요건에 따르면 상기 배터리 팩(101')이 상기 전기 차량 샤시(300')으로부터 먼저 제거될 수 있다는 점을 유의해야 한다. 그 다음, 오작동한 배터리 모듈(103')이 배터리 팩(101')으로부터 제거될 수 있으며 새로운 배터리 모듈(103')으로 교체될 수 있다.
앞서 설명된 실시 예들의 기술 특징들은 랜덤하게 결합될 수 있을 것이다. 앞서 설명된 실시 예들 및 첨부된 도면들은 본 출원의 기술적 사상을 설명하기 위한 것으로, 이는 본 출원의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니다. 본 출원인의 보호 범위에 해당하지 않는 것을 제외하고는, 동일한 기술 수단을 사용하여 구현될 수 있는 모든 내용들 및 앞서 설명된 내용들의 기술적 범주에 속하는 모든 내용들은 모두 본 출원의 기술적 사상의 범주에서 벗어나지 않는다.

Claims (20)

  1. 전기 차량용 배터리 팩으로서,
    복수 개의 배터리 모듈;
    상기 복수 개의 배터리 모듈을 지지하기 위한 하부, 측부, 상부, 및 상기 하부, 상기 측부, 및 상기 상부에 의해 형성되며 상기 복수 개의 배터리 모듈을 수용하기 위한 수용 공간을 갖는 지지부; 및
    상기 지지부의 하부 또는 측부 상에 제공된 적어도 하나의 개구를 포함하되, 상기 복수 개의 배터리 모듈이 상기 적어도 하나의 개구를 통해 통과되고 상기 지지부의 하부 또는 측부 중 하나에 탈착 가능하게 장착되어 상기 하부 또는 측부에 의해 지지되도록 하는 배터리 팩.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 지지부에 수용된 상기 복수 개의 배터리 모듈들을 커버하며 상기 지지부의 상부 위에 장착된 막을 더 포함하는 배터리 팩.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 개구는 상기 지지부의 하부에 제공되는 배터리 팩.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 복수 개의 배터리 모듈들 각각에 제공된 제1 및 제2 장착 플랜지를 더 포함하며,
    상기 제1 및 제2 장착 플랜지는 상기 복수 개의 배터리 모듈 각각의 하부의 두 반대측에 각각 배열되어, 상기 복수 개의 배터리 모듈이 상기 제1 및 제2 장착 플랜지를 이용하여 상기 지지부의 하부에 장착될 수 있도록 하며, 상기 제1 및 제2 장착 플랜지는 상기 지지부의 하부 아래에 장착되는 배터리 팩.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 복수 개의 배터리 모듈은 조임쇠로 상기 지지부의 하부에 장착되는 배터리 팩.
  6. 제3 항에 있어서,
    상기 지지부에 수용된 상기 복수 개의 배터리 모듈을 커버하며 상기 지지부의 하부 아래에 장착된 보호 시트를 더 포함하는 배터리 팩.
  7. 제3 항에 있어서,
    상기 지지부의 상부에 장착된 상기 막은 탄소 섬유 복합재막인 배터리 팩.
  8. 전기 차량의 캐빈 아래에 위치한 언더바디 패널;
    상기 언더바디 패널의 길이 방향을 따라 연장된 두 측부 실들- 상기 두 측부 실들 각각은 상측부와 하측부를 포함하고, 상기 상측부를 통해 상기 언더바디 패널의 두 반대측 중 하나에 연결됨-;
    상기 언더바디 패널의 아래의 상기 두 측부 실들 사이에 위치한 배터리 팩을 포함하되,
    상기 배터리 팩은:
    복수 개의 배터리 모듈들;
    상기 복수 개의 배터리 모듈들을 지지하는 하부, 측부, 상부, 및 상기 하부, 상기 측부, 및 상기 상부에 의해 이루어지며, 상기 복수 개의 배터리 모듈을 수용하기 위한 수용 공간을 갖는 지지부; 및
    상기 지지부의 하부 또는 측부 상에 제공된 적어도 하나의 개구를 포함하되,
    상기 복수 개의 배터리 모듈이 상기 적어도 하나의 개구를 통해 통과되고 상기 지지부의 하부 또는 측부 중 하나에 탈착 가능하게 장착되어 상기 하부 또는 측부 중 하나에 의해 지지되도록 하며;
    상기 배터리 팩은 상기 지지부의 하부를 통해 상기 두 측부 실의 하부에 장착되는 전기 차량 샤시.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 지지부에 수용된 상기 복수 개의 배터리 모듈을 커버하며 상기 지지부의 상부 위에 장착된 막을 더 포함하는 전기 차량 샤시.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 지지부에 제공된 상기 적어도 하나의 개구는 상기 지지부의 하부에 제공된 전기 차량 샤시.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 지지부의 하부에는 상기 언더바디 패널의 길이 방향을 따라 연장된 장착 플랜지들이 제공되며, 상기 배터리 팩은 상기 장착 플랜지들을 이용하여 상기 두 측부 실의 하측부에 장착되는 전기 차량 샤시.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 지지부의 상기 장착 플랜지들은 조임쇠로 상기 두 측부 실들의 하측부에 장착되는 전기 차량 샤시.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 복수 개의 배터리 모듈들 각각에 제공된 제1 및 제2 장착 플랜지를 더 포함하며, 상기 제1 및 제2 장착 플랜지는 상기 복수 개의 배터리 모듈들이 상기 제1 및 제2 장착 플랜지를 이용하여 상기 지지부의 하부에 장착될 수 있도록 상기 복수 개의 배터리 모듈들 각각의 하부 두 반대측에 각각 배치되며, 상기 제1 및 제2 장착 플랜지는 상기 지지부의 하부 아래에 장착되는 전기 차량 샤시.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 복수 개의 배터리 모듈은 조임쇠로 상기 지지부의 하부에 장착된 전기 차량 샤시.
  15. 제10 항에 있어서,
    상기 지지부에 수용된 상기 복수 개의 배터리 모듈을 커버하며 상기 지지부의 하부 아래에 장착된 보호 시트를 더 포함하는 전기 차량 샤시.
  16. 제10 항에 있어서,
    상기 지지부의 상부 위에 장착된 상기 막은 탄소 섬유 복합재막인 전기 차량 샤시.
  17. 전기 차량의 배터리 모듈을 교체하는 방법에 있어서,
    배터리 팩의 복수 개의 배터리 모듈들 중 제1 배터리 모듈을 확인하는 단계- 상기 배터리 팩은 전기 차량 내에 위치하며, 상기 복수 개의 배터리 모듈들, 상기 복수 개의 배터리 모듈들을 지지하는 하부, 측부, 상부, 및 상기 복수 개의 배터리 모듈들을 수용하며 상기 하부, 상기 측부, 및 상기 상부에 의해 형성된 수용 공간을 갖는 지지부, 및 상기 복수 개의 배터리 모듈이 적어도 하나의 개구를 통해 통과되고 상기 지지부의 하부에 탈착 가능하게 장착되어 상기 하부에 의해 지지되도록 상기 지지부의 하부에 제공된 적어도 하나의 개구를 포함함-;
    상기 지지부의 하부로부터 상기 제1 배터리 모듈을 분리하는 단계;
    상기 적어도 하나의 개구를 통해 상기 제1 배터리 모듈을 통과시킴으로써 상기 지지부로부터 상기 제1 배터리 모듈을 제거하는 단계;
    상기 적어도 하나의 개구를 통해 제2 배터리 모듈을 통과시킴으로써 상기 지지부에 상기 제2 배터리 모듈을 삽입하는 단계; 및
    상기 지지부의 하부에 상기 제2 배터리 모듈을 장착하는 단계를 포함하는 방법.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 제2 배터리 모듈은 상기 제1 배터리 모듈보다 더 높은 전위 에너지를 갖는 방법.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 지지부의 하부 아래로부터 보호 시트를 제거하는 단계를 더 포함하는 방법.
  20. 제18 항에 있어서,
    상기 지지부의 하부에 상기 배터리 모듈을 장착하기 위한 조임쇠를 제거하는 단계를 더 포함하는 방법.

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