KR20190091850A - 알루미늄 재질을 갖는 프레임 타입의 전기자동차 배터리 장착 구조 - Google Patents

알루미늄 재질을 갖는 프레임 타입의 전기자동차 배터리 장착 구조 Download PDF

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KR20190091850A
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Abstract

본 발명은, 차체 프레임과, 상기 차체 프레임에 결합되고, 배터리모듈과, 상기 차체 프레임의 측면 방향으로 연장되되 알루미늄으로 구성되고 상기 배터리모듈의 형상에 상응하여 형성된 배터리모듈 장착부를 포함하되, 상기 배터리모듈의 하우징 외측으로는 상기 배터리모듈 장착부 상측으로 체결 플렌지가 연장 형성되며, 상기 배터리모듈 장착부와 대향하는 상기 체결 플렌지의 하단에는 결착가이드가 연장 형성되고, 상기 배터리모듈 장착부 상단에는 상기 결착가이드에 상응하는 결착홈이 연장 형성되어서, 상기 결착가이드의 상기 결착홈으로의 삽입에 의해 상기 배터리모듈과 상기 배터리모듈 장착부가 결합되어서, 경량화하며, 배터리모듈을 배터리모듈 장착부와의 조립 위치로 쉽게 유도하고, 배터리모듈 장착부와 체결 플렌지의 볼팅 공정을 쉽게 유도할 수 있는, 프레임 타입의 전기자동차 배터리 장착 구조를 개시한다.

Description

알루미늄 재질을 갖는 프레임 타입의 전기자동차 배터리 장착 구조{Battery Mounting Structure in Electric Vehicle of Frame Type with aluminium material}
본 발명은 전기자동차의 배터리 장착 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 경량화하며, 배터리모듈을 배터리모듈 장착부와의 조립 위치로 쉽게 유도하고, 배터리모듈 장착부와의 볼팅 공정을 쉽게 유도할 수 있는, 알루미늄 재질을 갖는 프레임 타입의 전기자동차 배터리 장착 구조에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이, 종래기술의 전기자동차는 별도의 프레임이 없이 바디와 프레임이 일체로 형성된 모노코크(monocoque) 타입의 차체 기술을 사용한다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 모노코크 타입의 차체(10)를 적용하면, 바디 자체를 견고하고 가볍게 형성하고 바디에 엔진과 서스펜션과 배터리를 직접 조립하여서, 생산성을 높이고 경량화시킬 수 있어서 소형차에 주로 적용된다.
예컨대, 액슬의 로어암은 로어암 브라켓(11)에 조립되고, 어퍼암은 어퍼암 브라켓(12)에 조립되고, 엔진은 엔진 마운트(13)에 조립되고, 프런트 범퍼는 프런트 범퍼 프레임(14)에 조립되고, 리어 범퍼는 리어 범퍼 프레임(15)에 각각 개별적으로 조립된다.
하지만, 모노코크 타입의 차체(10)가 배터리의 하중을 지지하는 데에는 한계가 있어서, 중형, SUV 또는 대형 차량에 장착되는 배터리 지지구조를 보강하기 위한 구조물들이 복잡하게 구성되는데, 이에 따라 배터리 지지구조 또는 배터리 보강 구조물의 조립공정이 복잡해지며 조립시간이 많이 소요되고 이에 비례하여 원가가 상승하는 문제점이 있다.
또한, 모노코크 타입의 차체(10)는 배터리 보강 구조물의 지지력 한계로 인해 배터리 용량을 증대시키는데 제한이 있어 대용량의 배터리를 장착할 수 없어서 주행거리가 제한적이고, 배터리를 차체 하부에서 체결하여 상하 방향의 하중에 대한 보강 구조물이 복잡하게 구성되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 전술한 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 전기자동차의 주행거리 향상을 위한 배터리의 용량을 증대시킬 수 있고, 배터리를 지지하기 위한 보강 구조물을 견고하게 하면서도 단순화할 수 있는, 알루미늄 재질을 갖는 프레임 타입의 전기자동차 배터리 장착 구조를 제공하는 것을 그 과제로 한다.
전술한 과제를 달성하기 위해, 본 발명은, 차체 하중을 지지하고, 프런트 액슬 및 리어 액슬의 각 로어암 및 어퍼암이 장착되는 차체 프레임과, 상기 차체 프레임에 결합되고, 차축으로 구동력을 제공하는 전기구동모터로 전원을 인가하는 배터리모듈과, 상기 차체 프레임의 측면 방향으로 연장되되 알루미늄으로 구성되고 상기 배터리모듈의 형상에 상응하여 형성된 배터리모듈 장착부를 포함하되, 상기 배터리모듈은 배터리와 상기 배터리를 보호하는 하우징으로 구성되고, 상기 차체 프레임과 대향하는 상기 하우징의 저면은 상기 차체 프레임 형상에 대응하여 만곡되어 형성되며, 상기 하우징의 측면은 상기 배터리모듈 장착부 내측에 상기 차체 프레임 두께만큼 삽입되며, 상기 하우징 외측으로는 상기 배터리모듈 장착부 상측으로 체결 플렌지가 연장 형성되며, 상기 배터리모듈 장착부와 대향하는 상기 체결 플렌지의 하단에는 결착가이드가 연장 형성되고, 상기 배터리모듈 장착부 상단에는 상기 결착가이드에 상응하는 결착홈이 연장 형성되어서, 상기 결착가이드의 상기 결착홈으로의 삽입에 의해 상기 배터리모듈과 상기 배터리모듈 장착부가 결합되는, 알루미늄 재질을 갖는 프레임 타입의 전기자동차 배터리 장착 구조를 제공한다.
여기서, 상기 결착홈의 저면에는 고탄성 재질의 충격흡수패드가 형성될 수 있다.
또한, 상기 배터리모듈 장착부의 네 모서리에는 한 쌍의 볼트 체결공이 각각 형성되며 상기 체결 플렌지의 네 모서리에는 상기 볼트 체결공에 상응하는 볼트홀이 형성되고, 상기 볼트홀 및 상기 볼트 체결공에 볼트가 체결될 수 있다.
또한, 상기 배터리모듈과 대향하는 상기 차체 프레임 및 상기 배터리 장착 모듈 사이에는 고탄성 재질의 충격흡수패드가 개재 형성될 수 있다.
또한, 상기 배터리모듈 장착부가 연장 형성되는 상기 차체 프레임 영역은 아래로 절곡되고 측면으로 확장되어 형성될 수도 있다.
또한, 상기 배터리모듈 장착부는 상기 차체 프레임을 가로지르는 적어도 하나 이상의 보강부재를 더 포함할 수도 있다.
본 발명에 의하면, 결착가이드와 결착홈의 삽입 결합에 의해, 배터리모듈을 배터리모듈 장착부와의 조립 위치로 쉽게 유도하고, 배터리모듈 장착부와 체결 플렌지의 볼팅 공정을 쉽게 유도할 수 있다.
또한, 결착홈의 저면에는 고탄성 재질의 충격흡수패드가 형성되어서, 상하 방향의 주행진동 또는 충격을 흡수하여 배터리모듈과 배터리모듈 장착부의 내구성을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 배터리모듈 장착부를 알루미늄 재질로 구성하여 전체적으로 경량화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 차량 전체 하중을 지지하는 주프레임인 차체 프레임의 형태를 그대로 유지하면서 배터리모듈 장착부를 연장 형성하여 배터리 하중을 분산시켜 배터리의 용량을 증대시켜서 전기자동차의 주행거리 제한을 해제할 수 있는 효과가 있다.
또한, 볼팅 구조에 의해 차체 프레임과 배터리의 체결 및 조립을 보다 쉽게 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 예기치 않은 측면 충돌시, 배터리모듈 장착부에 의해 배터리를 안정적으로 보호할 수 있는 효과가 있다.
더 나아가, 충격흡수패드를 개재하여 상하 및 좌우 방향의 주행진동 또는 충격을 흡수하고, 볼팅 구조의 피로감을 최소화하고 배터리모듈을 안정적으로 지지하도록 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술에 의한 전기자동차 배터리 장착 구조를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 의한 프레임 타입의 전기자동차 배터리 장착 구조의 개략적인 사시도이다.
도 3은 도 2의 프레임 타입의 전기자동차 배터리 장착 구조의 측면도이다.
도 4는 도 2의 프레임 타입의 전기자동차 배터리 장착 구조의 분해 사시도이다.
도 5는 도 2의 프레임 타입의 전기자동차 배터리 장착 구조의 충격흡수패드 구성을 예시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 전술한 특징을 갖는 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하고자 한다.
도 2는 본 발명에 의한 프레임 타입의 전기자동차 배터리 장착 구조의 개략적인 사시도이며, 도 3은 도 2의 프레임 타입의 전기자동차 배터리 장착 구조의 측면도이고, 도 4는 도 2의 프레임 타입의 전기자동차 배터리 장착 구조의 분해 사시도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 의한 프레임 타입의 전기자동차 배터리 장착 구조는, 전체적으로, 차체 프레임(110)과, 결착가이드(121c)가 형성된 배터리모듈(120)과, 결착홈(132)이 형성된 배터리모듈 장착부(130)로 구성된다.
우선, 차체 프레임(110)은, 차체 하중을 지지하는데, 즉 차량 전체 하중을 지지하는 주 프레임으로서, 프런트 액슬 및 리어 액슬의 각 로어암 및 어퍼암이 체결되어 장착된다.
여기서, 후술하는 배터리모듈 장착부(130)가 연장 형성되는 차체 프레임(110) 영역은 아래로 절곡되고 측면으로 확장되어 형성되어서, 대용량의 배터리모듈(120) 장착을 위한 배치 공간을 효율적으로 확보하고 배터리모듈(120)의 하중을 안정적으로 분산하도록 한다.
다음, 배터리모듈(120)은, 차체 프레임(110)에 결합되고, 차축으로 구동력을 제공하는 전기구동모터 및 전반적인 전자장비로 전원을 인가한다.
여기서, 배터리모듈(120)은, 배터리와, 배터리를 보호하는 하우징(121)과, 배터리를 제어하는 릴레이를 포함하는 제어회로(122)로 구성될 수 있다.
다음, 배터리모듈 장착부(130)는, 차체 프레임(110)을 그대로 유지하면서 차체 프레임(110)으로부터 측면 방향 또는 좌우 방향으로 연장되되 배터리모듈(120)의 형상에 상응하여 형성되고, 그 상부에 배터리모듈(120)이 장착된다.
여기서, 차체 프레임(110)과 배터리모듈 장착부(120)는 용접에 의해 고정 결합될 수도 있으나, 배터리모듈 장착부(120)의 강도를 높여 차체 프레임(110)으로부터 이격되거나 변형되는 것을 방지하도록 동일 재질로 성형되어 일체로 형성될 수도 있다.
한편, 배터리모듈 장착부(130)를 알루미늄으로 구성하여 전체적으로 경량화할 수 있다.
한편, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 차체 프레임(110)과 대향하는 하우징(121)의 저면(121b)은 차체 프레임(110) 형상에 대응하여 만곡되어 형성되며, 하우징(121)의 일측면은 배터리모듈 장착부(130) 내측에 차체 프레임(130) 높이만큼 삽입되어 장착된다.
즉, 차체 프레임(110)과 배터리모듈(120)의 저면의 교합, 및 배터리모듈 장착부(130) 내측으로의 배터리모듈(120)의 삽입을 통해, 배터리모듈(120)이 차체 프레임(110)과 배터리모듈 장착부(130)로 안정적으로 결합되도록 하여서, 후술하는 배터리모듈 장착부(130)와 체결 플렌지(121a)의 볼팅 공정을 쉽게 유도할 수 있다.
또한, 하우징(121) 외측으로는 배터리모듈 장착부(130) 상측으로 체결 플렌지(121a)가 연장 형성되며, 배터리모듈 장착부(130)와 대향하는 체결 플렌지(121a)의 하단에는 결착가이드(121c)가 연장 형성되고, 배터리모듈 장착부(130) 상단에는 결착가이드(121c)에 상응하는 결착홈(132)이 연장 형성되어서, 결착가이드(121c)의 결착홈(132)으로의 삽입에 의해 배터리모듈(120)과 배터리모듈 장착부(130)가 결합된다.
한편, 결착홈(132)의 저면에는 고탄성 재질의 충격흡수패드(133)가 형성되어서, 상하 방향의 주행진동 또는 충격을 흡수하여 배터리모듈(120)과 배터리모듈 장착부(130)의 내구성을 높일 수 있다.
이에 따라, 결착가이드(121c)와 결착홈(132)의 삽입 결합에 의해, 배터리모듈(120)의 배터리모듈 장착부(130)로의 조립 위치로 쉽게 유도하고, 배터리모듈 장착부(130)와 체결 플렌지(121a)의 볼팅 공정을 쉽게 유도할 수 있다.
또한, 배터리모듈 장착부(130)의 네 모서리에는 한 쌍의 볼트 체결공(131)이 각각 형성되며, 체결 플렌지(121a)의 네 모서리에는 볼트 체결공(131)에 상응하는 볼트홀(121d)이 형성되고, 볼트홀(121d) 및 볼트 체결공(131)에 볼트가 체결되어서, 배터리모듈(120)이 배터리모듈 장착부(130)에 고정될 수 있다.
예컨대, 각 체결 플렌지(121a)는 배터리모듈 장착부(130)의 인접하는 두 모서리 상측에 배치되고, 한 쌍의 볼트 체결공은 두 모서리에 이격되어 각각 형성될 수 있다.
여기서, 배터리모듈(120)이 차체 프레임(110)과 배터리모듈 장착부(130)로 교합되고 삽입된 후 볼팅 공정을 수행하여서, 볼트 체결을 위한 체결 플렌지(121a)와 볼트 체결공(131)의 정렬 작업이 수월해질 수 있다.
즉, 배터리모듈 장착부(130)는 배터리모듈(120)의 하중을 분산시켜서 차체 프레임(110)의 피로감을 최소화하여 내구성을 높이며, 이에 따라 배터리 용량을 증가시켜 주행거리를 최대화하며, 차체 프레임(110)과 배터리모듈(120)의 결합을 쉽게 하고, 예기치 않은 측면 충돌시 배터리모듈(120)을 보호할 수 있다.
도 5는 도 2의 프레임 타입의 전기자동차 배터리 장착 구조의 충격흡수패드 구성을 예시한 것이다.
배터리모듈 장착부(130) 상측과 체결 플렌지(121a) 사이에는 고탄성 재질의 적어도 하나 이상의 충격흡수패드가 개재될 수 있는데, 도 5에 도시된 바와 같이, 충격흡수패드는 제1 충격흡수패드(141) 및 제2 충격흡수패드(142)로 구성될 수 있다.
구체적으로, 배터리모듈 장착부(130) 상측과 체결 플렌지(121a) 사이에는 고탄성 재질의 제1 충격흡수패드(141) 및 제2 충격흡수패드(142)가 순차적으로 교합하여 적층되되, 제1 충격흡수패드(141)와 제2 충격흡수패드(142)의 대향하는 면에는 대응하는 요철부(A)가 각각 형성될 수 있다.
즉, 제1 충격흡수패드(141) 및 제2 충격흡수패드(142)의 적층에 의해서, 상하 방향의 주행진동 또는 충격을 흡수하고, 요철부(A)의 교합에 의해 좌우전후방향의 주행진동 또는 충격을 흡수하여서, 볼팅 구조의 피로감을 최소화하고 배터리모듈(120)을 안정적으로 지지하도록 할 수 있다.
추가로, 도시되지는 않았으나, 배터리모듈 장착부(130)는 차체 프레임(110)으로부터 H빔 형상으로 측면 방향으로 연장 형성될 수 있다.
즉, 대형 차량, 예컨대, 버스, 트럭, 또는 중장비에 적용되는 경우에, 대형 배터리를 지지할 수 있도록 자체의 강도를 높이기 위해서 H빔 형상으로 형성될 수 있다. 한편, 소형, 중형, 또는 SUV 차량에 적용되는 경우에, 배터리를 지지하기 위한 강도보다는, 충돌시의 충격 흡수 측면에서 평판 형상으로 형성될 수도 있다.
또는, 배터리모듈 장착부(130)는 중공이 형성된 파이프 형상의 금속으로 이루어져서, 측면 충격시, 파이프의 변형만을 유도하여 내측의 배터리모듈을 안정적으로 보호할 수도 있다.
또한, 배터리모듈(120)과 대향하는 차체 프레임(110) 및 배터리 장착 모듈(130) 사이에 고탄성 재질의 충격흡수패드(미도시)를 개재 형성하여서, 좌우전후 주행진동 또는 충격에 대해 배터리모듈(120)을 안정적으로 보호하고, 배터리모듈(120)과 차체 프레임(110) 및 배터리 장착 모듈(130)의 직접 접촉에 따른 열화 및 주행진동과 충격 전달을 완화시켜서, 배터리 장착 모듈(130) 및 배터리모듈(120)의 하우징(121)의 내구성을 보다 높일 수도 있다.
그리고, 도시되지는 않았으나, 배터리모듈 장착부(130)에는 차체 프레임(110)을 가로지르는 적어도 하나 이상의 보강부재가 추가로 형성되어서, 배터리모듈(120)의 하중을 균일하게 분산시키고 배터리모듈 장착부(130)의 강도를 높일 수도 있다.
따라서, 전술한 바와 같은 프레임 타입의 전기자동차 배터리 장착 구조의 구성에 의해서, 차량 전체 하중을 지지하는 주프레임인 차체 프레임의 형태를 그대로 유지하면서 배터리모듈 장착부를 연장 형성하여 배터리 하중을 분산시켜 배터리의 용량을 증대시킬 수 있어서, 전기자동차의 주행거리 제한을 해제할 수 있으며, 배터리의 결합을 보다 쉽게 하고, 예기치 않은 측면 충돌시에는 배터리를 안정적으로 보호할 수 있다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
110 : 차체 프레임 120 : 배터리모듈
130 : 배터리모듈 장착부

Claims (6)

  1. 차체 하중을 지지하고, 프런트 액슬 및 리어 액슬의 각 로어암 및 어퍼암이 장착되는 차체 프레임과,
    상기 차체 프레임에 결합되고, 차축으로 구동력을 제공하는 전기구동모터로 전원을 인가하는 배터리모듈과,
    상기 차체 프레임의 측면 방향으로 연장되되, 알루미늄으로 구성되고 상기 배터리모듈의 형상에 상응하여 형성된 배터리모듈 장착부를 포함하되,
    상기 배터리모듈은 배터리와 상기 배터리를 보호하는 하우징으로 구성되고, 상기 차체 프레임과 대향하는 상기 하우징의 저면은 상기 차체 프레임 형상에 대응하여 만곡되어 형성되며, 상기 하우징의 측면은 상기 배터리모듈 장착부 내측에 상기 차체 프레임 두께만큼 삽입되며, 상기 하우징 외측으로는 상기 배터리모듈 장착부 상측으로 체결 플렌지가 연장 형성되며, 상기 배터리모듈 장착부와 대향하는 상기 체결 플렌지의 하단에는 결착가이드가 연장 형성되고, 상기 배터리모듈 장착부 상단에는 상기 결착가이드에 상응하는 결착홈이 연장 형성되어서, 상기 결착가이드의 상기 결착홈으로의 삽입에 의해 상기 배터리모듈과 상기 배터리모듈 장착부가 결합되는, 프레임 타입의 전기자동차 배터리 장착 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 결착홈의 저면에는 고탄성 재질의 충격흡수패드가 형성되는 것을 특징으로 하는, 프레임 타입의 전기자동차 배터리 장착 구조.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배터리모듈 장착부의 네 모서리에는 한 쌍의 볼트 체결공이 각각 형성되며 상기 체결 플렌지의 네 모서리에는 상기 볼트 체결공에 상응하는 볼트홀이 형성되고, 상기 볼트홀 및 상기 볼트 체결공에 볼트가 체결되는 것을 특징으로 하는, 프레임 타입의 전기자동차 배터리 장착 구조.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배터리모듈과 대향하는 상기 차체 프레임 및 상기 배터리 장착 모듈 사이에는 고탄성 재질의 충격흡수패드가 개재 형성되는 것을 특징으로 하는, 프레임 타입의 전기자동차 배터리 장착 구조.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배터리모듈 장착부가 연장 형성되는 상기 차체 프레임 영역은 아래로 절곡되고 측면으로 확장되어 형성되는 것을 특징으로 하는, 프레임 타입의 전기자동차 배터리 장착 구조.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 배터리모듈 장착부는 상기 차체 프레임을 가로지르는 적어도 하나 이상의 보강부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 프레임 타입의 전기자동차 배터리 장착 구조.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112549933A (zh) * 2020-12-04 2021-03-26 雷小兵 一种电动车防撞后桥

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