KR20200063396A - Integrated Flatform Chassis Where Battery, Motor and Frame are Integrated Into One - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전기자동차의 에너지원인 배터리(battery)와 동력원인 모터(motor) 및 자동차의 구조용 프레임(frame)인 차대(섀시) 3개 부문이 하나로 일체화되는 삼위일체(三位一體)형 또는 통합형 섀시(chassis, 차대, 車臺) 구조물인 편평형차대(扁平型車臺, flatform chassis)에 관한 것이다(이하에서 “삼위일체형” 편평형 차대는 “통합형” 편평형 차대와 같은 의미로 사용된다.). The present invention is an electric vehicle battery (battery) and the power source of the motor (motor) and the vehicle's structural frame (frame), the chassis (chassis) three parts are integrated into one trinity (三位一体) integrated or integrated chassis (chassis) , Chassis, 車臺) It is related to the structure of a flatform chassis (hereinafter referred to as “trinity” flat type chassis is used in the same sense as “integrated” flat type chassis).
편평형차대는 경량과 저강도의 속이 빈(hollow) 세심관을 다중 집속한 다발형 튜브(관)의 두꺼운 중간층(core) 양면을 상대적으로 고강도 재료(강판, 알루미늄판 등)로 된 두 개의 얇은 바깥층(face)을 덧대어 바깥층+중간층+바깥층으로 겹치는 삼겹구조의 샌드위치 보(sandwich beam)형상 패널로 고강도(high-strength)와 고강성(high-rigidity)의 재료특성을 발현한다.The flat undercarriage consists of two thin outer layers of relatively high strength material (steel plate, aluminum plate, etc.) on both sides of the thick core layer of a bundle tube (tube) that is multi-focused on a light and low strength hollow tube. It is a sandwich beam shape panel of a triple layer structure that overlaps the outer layer + middle layer + outer layer with padding to express high-strength and high-rigidity material properties.
중간층(core)인 속이 빈 세심관에는 대용량 배터리를 수납하고 차대(섀시)의 중심축선상에 양정현파 중공관을 안치하여 직렬모터를 격납함으로써 에너지원과 동력원 및 프레임이 하나로 통합되는 삼위일체형 차대인 편평형차대(扁平型車臺, flatform chassis)는 체적대비 관성 모멘트와 인장, 비틀림, 굽힘, 압축 등의 전단응력 증대와 재료비 절감 및 차량 디자인의 자유도를 확보할 수 있게 된다.The flat core, which is a tri-integrated chassis where the energy source, power source, and frame are integrated into one by storing a large-capacity battery in the hollow core of the middle layer (core) and placing a positive sine hollow tube on the center axis of the chassis (chassis) to store the serial motor. The chassis (flatform chassis) can increase the inertia moment and the shear stress of tension, torsion, bending, compression, etc., and reduce material cost and ensure freedom of vehicle design.
자동차는 차량무게와 외부 하중을 견딜 수 있는 구조물로 초기 자동차는 마차처럼 사람과 물건을 싣는 객실과 아래쪽으로 스프링과 바퀴가 장착된 구동축이 사다리 형태의 구조용 프레임에 매달려 있는 단순한 구조였다. The car is a structure that can withstand vehicle weight and external loads, and the initial car was a simple structure in which a cabin for loading people and objects and a drive shaft equipped with springs and wheels hung on a ladder-type structural frame below.
초기 자동차는 차체인 보디(Body, 차체)와 프레임인 섀시(Chassis, 차대)의 역할과 구분이 분명했으나 자동차 제조 기술이 나날이 발전하고 향상됨에 따라 차체인 보디와 차대인 섀시의 구분이 모호해지고 있으며 많은 종류와 형식의 섀시 구조물이 공지되어 있고 제작되고 있다. In the early automobiles, the roles and distinctions between the body (body) and the frame-in chassis (Chassis) were clear, but as the automobile manufacturing technology evolves and improves day by day, the distinction between the body and the chassis of the chassis is blurring. Chassis structures of type and type are known and manufactured.
자동차 구조용 프레임인 섀시는 뒤틀림 강성을 높이기 위해 서브 프레임을 덧대거나, 경량화를 위해 다양한 소재와 형태로 짜인 몸체에 각종 부속품을 장착하는 형상으로 섀시의 구조가 변화·발전하고 있으며, 자동차 섀시는 보디(차체)를 제외한 나머지 부분으로 동력계통(power train)과 조향 장치, 서스펜션, 구동축을 포함한 주요 부속품과 이를 지탱하기 위한 프레임을 총칭한다.Chassis, which is a frame for automobile structures, has a sub-frame to increase warpage rigidity, or attaches various accessories to the body woven in various materials and shapes for weight reduction, and the structure of the chassis is changing and developing. The main parts including the power train, steering system, suspension, and drive shaft, and the frame for supporting it, are the general parts except the body).
섀시 혹은 프레임은 주행 중에 받는 노면의 충격이나 차량 하중에 의한 굽힘, 비틀림, 진동 등에 충분히 견딜 수 있는 강도(strength)와 강성(rigidity)으로 안전성을 확보하여야 하며, 연비향상을 위해 가볍고 재료 가격은 저렴하고 제조 생산성이 높아야 한다.Chassis or frame must be secured with strength and rigidity that can withstand bending, torsion, and vibration caused by road shocks or vehicle loads while driving, and it is necessary to secure safety. And manufacturing productivity should be high.
기존 내연기관에서 발전한 자동차의 구조용 프레임인 섀시는 자동차 종류, 용도, 구동과 현가방식에 따라 여러 종류가 있으며, 일반적으로 H형 프레임, X형 프레임, 배골형(back born)프레임, 플랫폼(platform)형 프레임, 트러스트(trust)형 프레임 등이 있다.Chassis, which is a structural frame of a car developed from an existing internal combustion engine, comes in several types depending on the car type, application, driving and suspension method, and is generally H-shaped frame, X-shaped frame, back-born frame, and platform. There are a type frame, a trust type frame, and the like.
일반적으로 오늘날 자동차의 구조는 섀시(차대)와 보디(차체)를 일체구조로 형성하여 외부의 패널자체가 버팀대 역할을 하는 ‘모노코크(Monocoque)’방식과 별도 뼈대를 구성하는 프레임 구조가 받침대 역할을 하는 ‘보디 온 프레임(Body on frame)’ 방식으로 나뉜다.In general, in today's automobile structure, the chassis (car chassis) and the body (car body) are formed as an integral structure, and the'monocoque' method, in which the external panel itself acts as a brace, and the frame structure constituting a separate skeleton serve as a stand. Is divided into'Body on frame'.
갑각류같이 단단한 외부 구조를 갖는 모노코크 방식은 섀시(프레임)와 보디가 한 덩어리의 일체형 구조를 형성하여 충격을 잘 분산시켜 소음과 진동이 적고 승차감이 좋으며, 자동차에 응용되기 이전에 항공기 섀시에 먼저 사용된 기술로 프레임 구조의 뼈대를 걷어내고 대신 바깥쪽 몸체를 단단한 구조물로 얽어매 강성을 유지한다. The monocoque type, which has a rigid external structure like crustaceans, forms an integral structure of a chassis and a body, dispersing the impact well, so that it has less noise and vibration, and has good riding comfort.It is used first in aircraft chassis before being applied to automobiles. The frame structure removes the frame's skeleton, and instead, the outer body is entangled with a solid structure to maintain rigidity.
‘유니 보디(Unibody)’라고도 하는 모노코크는 차량 지붕부터 바닥 부분(Floor Pan)까지 한 덩어리로 제작된 일체형 섀시를 일컫고, 생산 방식이 비교적 단순하고 별도로 보디를 제작하지 않아도 되기에 비용을 절감할 수 있고 충격을 잘 분산시켜 소음과 진동을 줄여 승차감이 좋은 특징을 갖는다.Monocoque, also known as ``Unibody,'' refers to an integrated chassis made of a single piece from the roof to the floor of the vehicle, and the production method is relatively simple. It has good characteristics of riding comfort by reducing noise and vibration by dispersing shock well.
반면 일부 스포츠유틸리티 자동차(SUV)와 버스 및 트럭과 같은 차량은 섀시 위에 보디를 얹어 결합하는 보디 온 프레임 방식으로 아래쪽의 프레임 하나가 대부분의 충격과 하중을 감당해 내고 있는 '프레임 섀시'를 사용함으로써 강성이 뛰어나고 내구성이 좋다. On the other hand, some sport utility vehicles (SUVs) and vehicles such as buses and trucks use a'frame chassis' in which the lower frame can handle most of the impact and load by using a body-on-frame method in which the body is mounted on the chassis. Excellent stiffness and good durability.
상기 구조물은 모두 내연기관의 특성에 따라 개발된 구조물로 화석연료 에너지원과 동력원인 엔진과 감속기 및 클러치 등의 동력계통(power train)에 기반을 두고 있으나, 배터리와 모터로 대표되는 전기자동차용 섀시(차대)는 연비향상을 위해 경량의 무게와 고강도(high-strength) 및 고강성(high-rigidity)의 특성을 발현하는 전기자동차에 최적화되는 새로운 형상의 섀시가 필요하다.All of the above structures are structures developed according to the characteristics of an internal combustion engine, and are based on fossil fuel energy sources and power trains such as engines, reducers and clutches, which are power sources, but chassis for electric vehicles represented by batteries and motors. (Undercarriage) requires a new shape chassis optimized for electric vehicles that exhibit light weight, high-strength, and high-rigidity characteristics to improve fuel efficiency.
한편으로, 구동력을 만들어내는 전기 모터가 타이어 휠 속의 허브 내에 있는 인휠 모터(in wheel motor)는 설계상의 자유도가 높고 섀시에서 모터 설치공간을 제거하고 구동축과 차동기어 등을 제거할 수 있는 장점이 있으나, 모터가 현가장치 아래에 위치하여 자동차 바퀴와 같이 상하운동을 하기 때문에 관성력의 증가로 로드홀딩(load holding)을 악화시키고 휠 중량 증가와 스프링을 통해 차체에 전달되는 진동으로 승차감을 저하시킨다.On the other hand, the in-wheel motor in which the electric motor that generates the driving force is located in the hub of the tire wheel has a high degree of freedom in design, and it has the advantage of removing the motor installation space from the chassis and removing the drive shaft and differential gear. , Because the motor is located under the suspension and moves up and down like a car wheel, the load holding is deteriorated due to the increase in the inertia force, and the wheel weight increases and the vibration transmitted to the vehicle body through the spring decreases riding comfort.
특히 인휠 모터는 노면 충격에 의한 진동이 가장 심한 위치에 모터가 장착되어 내구성 문제와 함께 휠 내부의 좁은 공간에 모터를 장착함으로써 방열, 경량화, 내습(耐濕)문제가 발생되며, 구조상 모터가 차륜 내 위치하여 냉각수 배관이 어려워 공랭식 밀폐형 구조를 채택함으로써 고정자 코일 권선저항에 의한 동손과 로터 영구자석의 히스테리시스 손실 및 와전류 손실에 의한 발열 문제 등 모터 냉각에 매우 불리한 요인으로 작용함으로써 고효율, 고성능화, 내구성 확보가 어려워 상용화가 지연되고 있다.In particular, the in-wheel motor is equipped with a motor in a location where the vibration is the most severe due to road impact, and in addition to durability problems, the motor is mounted in a narrow space inside the wheel, resulting in heat dissipation, light weight, and moisture resistance. High efficiency, high performance, and durability are secured by acting as a very unfavorable factor for cooling the motor, such as heat loss due to loss of hysteresis and loss of hysteresis of rotor permanent magnets and rotor permanent magnets due to winding resistance of stator coils and air-cooled closed structure due to difficulty in cooling water piping. It is difficult, and commercialization is delayed.
본 발명의 목적은 종래 전기자동차 섀시 구조물의 문제점을 해소할 수 있는 방안으로 에너지원인 배터리(battery)와 동력원인 모터가 자동차의 구조용 프레임인 섀시 내부에 수납되고 격납되는 삼위일체형 프레임 혹은 “편평형차대(扁平型車臺, flatform chassis)”를 제공하는데 있다.The object of the present invention is to solve the problems of a conventional electric vehicle chassis structure, a battery that is an energy source and a motor that is a power source is a trinity-type frame that is stored and stored inside a chassis that is a structural frame of a vehicle or a “flat vehicle (扁平型車臺, flatform chassis).
또한 삼위일체형 플랫폼에 최적화된 배터리와 모터의 수납과 격납방법을 안출함으로써 배터리부와 모터부가 프레임 혹은 섀시의 각기 다른 위치에 분리되어 탑재되고 조립되는 현재 전기자동차의 형상구조를 개선하고 생산성을 높이는 수단을 제공하여 자동차의 성능향상과 원가절감 및 안전도를 제고하는데 있다.In addition, by devising a method for storing and storing batteries and motors optimized for a tri-integrated platform, it is a means to improve the shape structure and improve productivity of current electric vehicles in which the battery and motor parts are mounted and assembled separately at different locations on the frame or chassis. It is to improve the performance of automobiles, reduce cost and improve safety by providing.
상기와 같은 목적달성을 위해 본 발명은 기본적으로 자동차의 기본 구조물로 차대인 구조용 프레임인 섀시부에 있어서, 섀시부를 구성하는 뼈대인 프레임; 상기 섀시부를 세로로 관통하며 모터부를 격납하는 양정현파 중공관; 및 복수개의 가로방향 보강용 비드부(bead); 를 포함하여 구성되며, 상기 프레임은 속이 빈(hollow) 관(tube)인 세심관을 수평으로, 3단 이상 다단으로, 그리고 육방격자형으로 집속한 부재를 중간층(core)으로 하고, 상기 중간층의 양면에는 고강도 재료로 된 두 개의 얇은 판재(강판 혹은 알루미늄판 등)로서 양면에 바깥층(face)을 형성하며, 상기 세심관의 중간층(core)은 상기 바깥층(face)인 상기 판재를 지지하는 필러(filler)로 기능하여, 상기 바깥층을 주름(winkling)이나 좌굴(buckling)에 대해 안정화시키고, 상기 중간층인 속이 빈 상기 세심관 사이 및 상기 세심관과 상기 양면의 바깥층 사이 빈 공간에는 극세심관의 보조 채움관을 삽입하여 빈공간을 더욱 촘촘히 채우며, 상기 판재의 양면 바깥층, 상기 집속형 세심관, 및 보조 채움관으로 구성되는 상기 중간층의 삼겹구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 통합형 편평형차대(扁平型車臺, flatform chassis)를 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention is basically a chassis frame which is a structural frame that is a chassis for a basic structure of a vehicle, a frame that constitutes a chassis; A positive sine wave hollow tube penetrating the chassis portion vertically and storing a motor portion; And a plurality of bead portions for transverse reinforcement; It is composed of, the frame is a hollow (hollow) tube (hollow) tube (center) horizontally, three or more multi-stage, and hexagonal lattice-shaped member focused on the middle layer (core), and of the intermediate layer On both sides, two thin plates made of a high-strength material (such as a steel plate or an aluminum plate) form an outer layer on both sides, and a core of the fine tube is a filler supporting the plate, which is the outer layer ( As a filler), it stabilizes the outer layer against wrinkles or buckling, and assists the ultra-fine tube in the empty space between the hollow mesial tube as the intermediate layer and between the mesial tube and the outer layers on both sides. An integrated flat-type undercarriage characterized by being formed of a triple layer structure of the intermediate layer composed of a double-sided outer layer of the plate, the focusing-type deep-seated pipe, and an auxiliary filling pipe by filling the empty space more tightly by inserting a filling pipe.臺, flatform chassis).
본 발명의 또 다른 측면으로서 상기 모터부를 격납하는 속이 빈 주름관인 상기 양정현파 중공관은, 외경방향으로 볼록한 형상의 주름을 원주방향으로 36개 가지고, 주름의 마루와 골이 상기 프레임의 세로 길이 방향으로 향하도록 상기 프레임의 중앙부 중심축선상에 세로 방향으로 안치하며, 상기 보강용 비드부는 활꼴의 단면을 가지고, 상기 프레임의 가로방향에 복수 개를 상기 세심관의 상면 및 하면에 상기 세심관과 직교하도록 부가하여 상기 세심관과 함께 중간층을 형성하며, 상기 프레임의 가장자리에는 테두리보를 부가하되, 상기 테두리보는 WF보 단면형상의 구조용 부재(member)로서, 상기 프레임의 양면 바깥층에 접합하여 축방향 외력이나 하중을 지지하고 인장, 비틀림, 굽힘, 압축 등의 전단응력을 증대시키며, 상기 바깥층인 판재는 상기 중간층의 보강용 비드부의 형상에 맞추어 조립되도록 성형하여, 상기 바깥층인 판재가 상기 중간층과 접합함으로써 형성되는 샌드위치 패널(sandwich panel)형상의 구조물을 형성하는 것을 특징으로 한다.As another aspect of the present invention, the positive sine wave hollow tube, which is a hollow corrugated pipe for storing the motor part, has 36 circumferentially shaped pleats in the circumferential direction, and corrugated floors and valleys are longitudinally oriented in the frame. Placed in the vertical direction on the central axis of the central portion of the frame to face toward, and the reinforcing bead portion has a cross section of an arch shape, and a plurality of pieces in the horizontal direction of the frame are perpendicular to the upper and lower surfaces of the mesial tube To form an intermediate layer together with the mesial tube, a rim beam is added to the edge of the frame, and the rim beam is a structural member of a WF beam cross-sectional shape, joined to both outer layers of the frame to provide axial external force or It supports the load and increases shear stress such as tensile, torsion, bending, compression, etc., and the outer layer is formed by assembling according to the shape of the reinforcing bead portion of the intermediate layer, and the outer layer is formed by joining the intermediate layer. It is characterized by forming a sandwich panel (sandwich panel) shaped structure.
본 발명의 또 다른 측면으로서 상기 프레임의 중간층을 형성하는 상기 복수의 세심관에는 원통형 표준 배터리를 직렬 수납하여 모터와 전장장치 등을 구동하는 에너지부를 형성하고, 세로축 방향의 상기 프레임 중심축선상의 상기 양정현파 중공관은, 상기 세심관 중간층(core) 두께의 두 배 이상의 직경을 갖되, 자동차 구동원인 직렬 모터를 상기 중공관 내부에 격납하며, 상기 세심관 사이의 공간은 상기 보조 채움관을 채워 공기유동통로(채널)로 하고, 상기 세심관과 상기 보조 채움관 사이 나머지 빈 공간은 냉각수 혹은 상변화물질로 충진하고, 상기 보조채움관을 외부 대기로 열을 방출하는 냉각공기 유관으로 활용하여 상기 바깥층의 방열판 기능과 함께 열교환의 냉각계통을 형성함으로써, 상기 양정현파 중공관에 격납되는 구동원인 상기 모터부와, 상기 세심관 내부에 수납되는 에너지원인 배터리부와, 상기 세심관과 상기 보조채움관, 및 상기 양면 바깥층을 방열판으로 하는 프레임이 하나의 섀시로 통합되는 것을 특징으로 한다.As another aspect of the present invention, in the plurality of fine tubes forming the intermediate layer of the frame, a cylindrical standard battery is stored in series to form an energy unit for driving a motor and an electric device, and the amount on the central axis of the frame in the vertical axis direction. The sinusoidal hollow tube has a diameter equal to or more than twice the thickness of the core of the mesial tube, and stores a serial motor as a driving source of the vehicle inside the hollow tube, and the space between the mesial tubes fills the auxiliary filling tube to flow air. As a passage (channel), the remaining empty space between the centripetal tube and the auxiliary filling tube is filled with cooling water or a phase change material, and the auxiliary filling tube is used as a cooling air flow tube that releases heat to the outside atmosphere. By forming a cooling system of heat exchange with the heat sink function, the motor part as a driving source stored in the positive sine wave hollow tube, a battery part as an energy source accommodated inside the mesial tube, the mesial tube and the auxiliary filling tube, and It characterized in that the frame with the heat-radiating plate on both sides of the outer layer is integrated into one chassis.
본 발명의 또 다른 측면은 상기 보강용 비드부와 관련하여, 중간층인 상기 세심관과 직교하는 상기 활꼴의 단면을 가지는 보강용 비드부는, 상기 중간층(core)을 보강하고 외력을 상기 세심관으로 분산시키는 기능과, 차량 부속장치를 섀시에 장착할 때 핀이나 볼트의 설치장소로서의 기능을 가지며, 상기 활꼴의 단면을 가지는 보강용 비드부 내부에 4개소의 원통 실린더와 단면방향 3열로 복수개의 비드 너트부를 구비하여, 상기 원통실린더에 중공원형보(hollow cylinder beam)를 삽입하여 지지점을 확보하고, 상기 보강용 비드부를 볼트와 너트로 체결하여 차체(보디)와 부속장치를 접합함으로써 핀이나 볼트 등의 체결장치가 상기 세심관을 관통하지 않게 하여 구멍이나 노치(notch) 등에서 발생되는 응력집중과 국부응력을 상기 양면 바깥층과 상기 보강용 비드부를 경유하여 상기 프레임 전체면으로 분산시키는 것을 특징으로 하는 통합형 편평형차대를 제공한다.Another aspect of the present invention, with respect to the reinforcing bead portion, the reinforcing bead portion having a cross section of the arch orthogonal to the mesial pipe, which is an intermediate layer, reinforces the intermediate layer (core) and distributes external force to the mesial pipe It has a function to function and a function as a place to install pins or bolts when a vehicle accessory is mounted on a chassis, and has four cylindrical cylinders and a plurality of bead nuts in three rows of cross-sections inside the reinforcing bead having the cross section of the arch. By providing a part, a hollow cylinder beam is inserted into the cylindrical cylinder to secure a support point, and the reinforcing bead is fastened with a bolt and a nut to join a vehicle body (body) and an accessory device, such as pins or bolts. Integrated flat type, characterized in that the fastening device does not penetrate the mesial tube to distribute stress concentration and local stress generated in holes or notches, etc. to the entire surface of the frame via the outer layer on both sides and the bead for reinforcement. Provide a chassis.
본 발명의 또 다른 측면은 상기 프레임 가장자리의 테두리보와 관련하여, 상기 프레임의 양면 바깥층을 상기 테두리보의 양측면 중 내측 한 측면에 삽입하고, 상기 테두리보의 플랜지와 상기 프레임의 경계면을 겹치기 이음이나 필릿용접으로 가장자리를 접합하며, 상기 테두리보의 바깥쪽 다른 한 측면에는, 바퀴 구동축상의 조향과 현가장치 안치부, 펜더부와 바디 지지부, 보닛과 앞범퍼 안치부, 트렁크와 뒷범퍼 안치부 등을 리벳, 볼트, 용접 등의 방법으로 차체(body)와 접합하며, 상기 테두리보 바깥쪽 상하 플랜지와 웨브 사이의 빈공간은, 하네스 케이블과 배터리 배선 케이블의 덕트와, 배터리와 모터 냉각용 파이트의 덕트를 수납하고, ㄷ자 형상의 채널보(channel beam)를 부가하여 빈공간을 외측면과 격리하여, 상기 테두리보의 플랜지와 웨브, 상기 채널보의 플랜지와 웨브가 결합하여 상자형보(box beam)의 조립보를 형성하는 것을 특징으로 한다.Another aspect of the present invention, with respect to the border beams at the edge of the frame, insert the outer layer on both sides of the frame on one side of the inner side of both sides of the border beam, overlap the flange of the border beam and the boundary surface of the frame or The edges are joined by fillet welding. On the other side of the rim, the steering and suspension arrangements on the wheel drive shaft, fender and body support, bonnet and front bumper installation, trunk and rear bumper installation, etc. It is joined to the body by means of rivets, bolts, welding, etc., and the empty space between the upper and lower flanges and the web outside the rim, the duct of the harness cable and the battery wiring cable, and the duct of the battery and the motor cooling pipe. To receive, and add a U-shaped channel beam (channel beam) to isolate the empty space from the outer surface, the flange and web of the frame beam, the flange and the web of the channel beam is combined to form a box beam (box beam) Characterized by forming the assembly beam.
본 발명의 또 다른 측면으로서 상기 세심관에 실장되는 배터리는, 마이너스(-) 전극의 리드선을 구비한 배터리 소켓에 직렬 격납되어 상기 세심관에 수납되고 끝단의 플러스(+) 전극 단자와 함께 상기 세심관 수납용의 배터리모듈을 형성하되, 상기 배터리모듈은 전원회로와 연결되는 배터리 콘센트와 플러스(+) 단자와 마이너스(-) 단자가 요철(凹凸)형으로 체결되고, 전원관리시스템과 성형(star)방식으로 전원에 결선되며, 자동차 프레임의 배터리부는 중앙축선인 상기 양정현파 중공관을 기준으로, 센터측 배터리 수납공간과, 사이드측 배터리 수납공간으로 구분하되, 양측 사이드측 세심관의 배터리모듈은 기저전원용으로, 센터측 세심관 모듈은 중간전원 혹은 첨두전원용으로 하되, 상기 센터측 세심관 모듈은 손쉽게 탈착(脫着)이 가능하도록 상기 테두리보에 시건장치를 구비한 탈착용 인입부를 선택사양으로 구비하여 배터리 추가, 교환을 가능하게 하는 것을 특징으로 한다.As another aspect of the present invention, the battery mounted on the thin tube is stored in series in a battery socket provided with a lead wire of a negative (-) electrode, accommodated in the thin tube, and the fine core with a positive (+) electrode terminal at the end. Forming a battery module for tube storage, the battery module is a battery outlet connected to the power circuit, plus (+) terminal and minus (-) terminal is fastened in a concave-convex (凹凸) type, formed with a power management system (star) ) Is connected to the power supply, and the battery part of the car frame is divided into a battery storage space on the center side and a battery storage space on the side side, based on the positive sine wave hollow tube, which is the central axis. For base power, the center side center tube module is used for intermediate or peak power, but the center side center tube module is equipped with a detachable lead-in part equipped with a locking device on the frame so that it can be easily detached. It is characterized by enabling the addition and replacement of the battery.
본 발명의 또 다른 측면으로서 상기 각각의 배터리모듈은 주배전교환시스템(Main Distribution & Switching System, MDSS)에 접속되고, 상기 주배전교환시스템(MDSS)은 N개의 입력과 M개의 출력선이 스위치로 연결되어, N×M개의 스위치 소자인 매트릭스 컨버터회로 기능의 양방향 전력변환(Matrix Switching)기능을 갖는 전력용반도체소자(Power Semiconductor Devices, PSD)로 구성하되, 충전과 방전, 회로차단, 센서신호(온도, 과전류, 과전압 등) 감지와, 배터리 방전과 충전 순서지정, 회생제동용 배터리모듈 지정 등을 모듈별로 분리하여 순서를 할당함으로써 상기 배터리 셀의 충방전 횟수를 줄여 수명을 연장하며, 충전소요시간을 단축하는 것을 특징으로 하는 통합형 편평형차대를 제공한다. As another aspect of the present invention, each battery module is connected to a main distribution & switching system (MDSS), and the main distribution & switching system (MDSS) has N inputs and M output lines as switches. Connected, it is composed of N×M switch elements, which are power semiconductor devices (PSDs) with bidirectional power switching (Matrix Switching) function of the matrix converter circuit function. Temperature, overcurrent, overvoltage, etc.), battery discharge and charging ordering, regenerative braking battery module designation, etc. are separated and assigned to each module to reduce the number of charge/discharge cycles of the battery cell, thereby extending the life and charging time. It provides an integrated flat-type undercarriage characterized in that to shorten.
본 발명의 또 다른 측면에 있어서 상기 양정현파중공관에 격납되는 동력원인 직렬모터는, 모터함체 원주면에 외접하는 지름 10mm의 오목 홈과, 상기 양정현파 중공관 내측의 음정현파 오목 홈으로 형성되는 36개소의 오목형 요(凹)홈을 구비하여 냉각배관과 코일배선 및 충격절연용 패드를 수납하는 공간으로 활용하되, 6개의 수랭식 냉각시스템 배관파이프와 6개의 공랭식 냉각시스템 공기유관과 12개의 모터 코일가이드부와 12개의 충격절연용패드를 수납하되 탄성중합체인 고무 재질의 진동과 충격흡수 목적의 충격절연용패드는, 수납 홈 직경 10mm의 √2배(1.4142) 굵기로, 탄성 압축용량을 확보하여 인장(引張)시켜 요철홈에 삽입한 후, 이완(弛緩)시켜 탄성을 회복시키는 방법으로 상기 모터를 고정하여, 응력집중을 초래하는 볼트나 쐐기없이 상기 모터부를 격납하며, 상기 모터의 회전진동과 바퀴의 구름진동을 상호간 절연(isolation)시켜, 상기 모터와 상기 프레임 구조물의 피로를 감소시키는 것을 특징으로 하는 통합형 편평형차대를 제공한다.In another aspect of the present invention, the series motor, which is a power source stored in the positive sine wave hollow tube, has a concave groove having a diameter of 10 mm circumscribed to the circumferential surface of the motor housing, and the positive sine wave. It is equipped with 36 concave concave grooves that are formed by the concave grooves of the sinusoidal wave inside the hollow pipe, and is used as a space for storing the cooling piping, coil wiring, and pads for shock insulation, but with six water cooling cooling system piping pipes. Six air-cooled cooling system air pipes, twelve motor coil guide parts and twelve shock insulation pads are housed, but the elastic rubber shock absorbing pads for vibration and shock absorption purposes are √2 times the storage groove diameter of 10mm. (1.4142) With the thickness, the elastic compression capacity is secured, pulled and inserted into the uneven groove, and then the motor is fixed in such a way as to restore elasticity, without bolts or wedges causing stress concentration. It provides an integrated flat chassis, characterized in that the motor part is stored, and the rotational vibration of the motor and the rolling vibration of the wheel are isolated from each other, thereby reducing fatigue of the motor and the frame structure.
본 발명의 또 다른 측면에 있어서 상기 양정현파중공관에 격납되는 동력원인 상기 직렬모터는, 모터 회전축이 바퀴축과 직교방향으로 교차하는 곳에, 상기 프레임의 바깥층과 상기 양정현파중공관을 천공(穿孔)하여, 구동기어 인출구를 전륜, 후륜, 전후륜에 구비하며, 한 개 직렬모터로 전륜, 후륜 혹은 사륜구동을 조합하고, 상기 직렬모터부의 구동축에는 축방향 하중을 제거하는 더블헬리컬기어(double helical gear)를 장착하여 동력계통(파워트레인)의 구동기어부로 삼으며, 상기 직렬모터부의 구동기어부와 차동기어부 중간에는, 더블헬리컬기어와 보조회전축(Aux. shaft)으로 구성되는 정합기어부(matching gear)를 안치하여 상기 직렬모터부와 바퀴부를 분리하여, 모터 구동축의 원점(O)을 인상(引上)하고, 일정비율의 감속효과와, 부하 임피던스(Z)를 정합시키는 것을 특징으로 하는 통합형 편평형차대를 제공한다.In another aspect of the present invention, the series motor, which is a power source stored in the sine wave hollow tube, drills the outer layer of the frame and the sine wave hollow tube where the motor axis of rotation intersects the wheel axis in an orthogonal direction. ), equipped with a drive gear take-out on the front wheel, rear wheel, front and rear wheels, double helical gear (double helical) to combine the front wheel, rear wheel or four-wheel drive with one serial motor, to remove the axial load on the drive shaft of the serial motor unit gear) as a driving gear part of the power system (power train), and between the drive gear part and the differential gear part of the serial motor part, a matching gear part consisting of a double helical gear and an auxiliary shaft (Aux. shaft) An integrated type characterized by separating the series motor part and the wheel part by placing a gear), raising the origin (O) of the motor drive shaft, pulling down the constant ratio, and matching the load impedance (Z). Provide a flat undercarriage.
나아가 본 발명의 또 다른 측면은 상기 배터리의 열전달 과정인 전도와 대류를 최대화하기 위해, 상기 배터리를 상기 세심관 전체에 분산 수납하여 열방출 면적을 늘리고, 상기 세심관 사이 공간 및 상기 세심관과 상기 바깥층 사이 공간에, 상기 보조 채움관을 채워 상기 배터리의 열전도와 대류면적을 확대함으로써, 상기 세심관 반경(R)대비 1.62π(5.08)배의 방열면적을 확장하고 외부 대기와 접하는 양면의 바깥층(face)을 방열판으로 활용하며, 상기 세심관 사이공간과 상기 보조 채움관을, 흡기구와 배기구를 갖는 공기 유관(튜브)으로 연결하고, 상기 유관의 축 방향으로 기체를 송풍하는 축류송풍기를 추가하여, 온도 상승시 외부 에너지로 구동하여 열교환하는 배터리 냉각시스템의 공랭식 냉각방식을 특징으로 하는 통합형 편평형차대를 제공한다. Further, another aspect of the present invention, in order to maximize the conduction and convection, which is the process of heat transfer of the battery, the battery is distributedly stored in the entire tube to increase the heat dissipation area, the space between the tube, and the tube and the tube By filling the auxiliary filling pipe in the space between the outer layers, the heat conduction and convection area of the battery is enlarged to expand the heat dissipation area of 1.62π (5.08) times the radius of the mesial tube (R), and the outer layers of both sides contacting the external atmosphere ( Face) is used as a heat sink, and the space between the mesial tube and the auxiliary filling tube is connected to an air flow tube (tube) having an intake port and an exhaust port, and an axial flow blower is added to blow gas in the axial direction of the flow tube. Provided is an integrated flat chassis that features air-cooled cooling of a battery cooling system that heats by driving with external energy when the temperature rises.
또한 본 발명의 다른 측면은 상기 배터리 냉각시스템의 공랭식 냉각방식에 더하여, 상기 배터리를 수납하는 상기 세심관과 상기 보조 채움관 사이 빈 공간에, 냉각제로 물(水)을 투입하는 수랭식 냉각방식과, 축열과 방열의 열교환 효과를 더욱 개선하기 위해 파라핀(paraffin), 이온화합물 등의 상변화물질을 주입하는 상변화물질 냉각방식과, 상기 보조 채움관을 축류송풍기로 강제송풍하여, 상기 세심관과 상기 보조채움관을 열교환의 방열판으로 활용하여, 외부 대기로 열을 방출하는 공랭식 냉각방식을 기본으로 하되, 수랭식 혹은 상변화물질 냉각방식과 조합하여, 공랭식과 수랭식의 조합, 혹은 공랭식과 상변화물질 냉각방식 조합의, 하이브리드 냉각방식으로 냉각효율을 개선하는 하는 것을 특징으로 하는 통합형 편평형차대를 제공한다. In addition, another aspect of the present invention, in addition to the air-cooled cooling method of the battery cooling system, a water-cooled cooling method for introducing water as a coolant into the empty space between the meticulous tube and the auxiliary filling tube for storing the battery, In order to further improve the heat exchange effect of heat storage and heat dissipation, a phase change material cooling method for injecting phase change materials such as paraffin and ionic compounds, and forcibly blowing the auxiliary fill tube with an axial flow blower, the meticulous tube and the By using the auxiliary fill tube as a heat sink for heat exchange, it is based on an air-cooled cooling method that releases heat to the outside atmosphere, but in combination with a water-cooled or phase-change material cooling method, a combination of air-cooled and water-cooled, or air-cooled and phase-change material cooling It provides an integrated flat chassis, characterized in that the cooling efficiency is improved by a hybrid cooling method of a combination of methods.
본 발명의 또 다른 측면은 세로축 방향 중심축선상의 상기 양정현파중공관 내부에 자동차 구동원인 상기 직렬모터를 격납하지 않고, 상기 세심관(100)을 수평방향으로 3개, 4개, 5개, 4개, 3개를 적층하고, 다수의 보조 채움관을 육방격자형으로 집속하여 19개의 상기 배터리모듈을 추가하고, 섀시 프레임 전륜측의 보닛과 후륜측 트렁크부에 전기자동차 동력원으로 방사형모터(radial motoor)나 바퀴내부에 인휠모터(in-wheel motor)를 섀시프레임 외장형으로 설치하되, 방사형모터의 동력계통(power train)은, 대시보드 안치부와 시트안치부 및 바퀴구동축상의 보강용비드부와 테두리보를 지지점으로 하는 동력계통 고정부를 구비하여, 모터부, 바퀴구동축, 차동기어부, 조향장치와 현가장치 등을 안치하고, 바퀴내부에 설치하는 인휠모터의 지지부는, 상기 섀시 프레임의 조향과 현가장치 안치부의 보강용비드부 내부 8개소의 원통형실린더에 중공원형보를 삽입하여 지지점을 확보하고, 상부와 하부측 3열로 배열되는 비드 너트부에 볼트로 체결하여 모터와 조향 및 현가장치를 지지하고, 구동전원선과 냉각시스템의 인입과 인출부를 구비하여 인휠모터(in-wheel motor)를 설치하고, 상기 세심관 내부에 수납되는 에너지원인 배터리부와, 상기 세심관과 상기 보조채움관, 및 상기 양면 바깥층을 방열판으로 하는 프레임이 하나의 섀시로 통합되고, 동력원인 모터부는 섀시 외장형으로 설치되는 것을 특징으로 하는 통합형 편평형차대를 제공한다.Another aspect of the present invention does not contain the serial motor, which is a vehicle driving source, inside the sine wave hollow tube on the central axis in the longitudinal axis direction, and the three, four, five, and four
본 발명의 또 다른 측면은 상기 편평형차대의 하부 바닥판(Floor Pan)에 형성되는 세로방향의 양정현파중공관과 가로방향의 상기 보강용비드부와 상기 테두리보로 형성되는 위치와 요철(凹凸)형의 요(凹)공간에 차량용 무선충전 집전장치인 수신패드 혹은 카패드(CarPad)를 안치하고, 상기 카패드는 내부에 원형의 2차측 집전코일을 육방격자형으로 배열하여, 지상의 충전패드나 도로상 급전선의 1차 급전코일과 전자기회로를 형성하여, 전기에너지를 전자기파로 수신하여 배터리셀을 충전하거나 모터를 구동하는 무선 전력 전송(wireless power transfer)회로를 제공하되, 상기 카패드의 두께는 양정현파중공관과 보강용 비드부(106)의 활꼴 형상의 단면의 돌출높이 이하로 하고, 상기 카패드의 고정은 보강용비드부에 3열로 배열되는 비드 너트부에 복수개의 볼트로 체결하며, 상기 카패드의 배선케이블은 상기 보강용 비드부 원통실린더 내부로 수납하여, 섀시외부를 일주하는 상기 테두리보의 외측공간으로 인출하여 충전회로부와 주배전교환시스템으로 연결하는 무선 전력전송시스템을 구비하는 것을 특징으로 하는 통합형 편평형차대를 제공한다.Another aspect of the present invention is the position and the unevenness (형성) of the longitudinal positive sine wave hollow tube formed in the bottom pan (Floor Pan) of the flat undercarriage and the reinforcing bead portion and the edge beam formed in the horizontal direction A receiving pad or a CarPad, which is a wireless charging current collector for a vehicle, is placed in the yaw space of the elder brother, and the car pad is arranged in a hexagonal lattice shape with a circular secondary current collecting coil inside to charge the ground charging pad. B. Forming an electromagnetic circuit with the primary feeding coil of the power supply line on the road, charging the battery cell by receiving electric energy as electromagnetic waves or providing a wireless power transfer circuit for driving the motor. The thickness is equal to or less than the protruding height of the cross section of the arch shape of the positive sinusoidal hollow tube and the reinforcing
본 발명의 또 다른 측면은 자동차 섀시 프레임을 형성하는 상기 세심관의 배열 방향을 표준적인 세로방향에서 가로방향으로 변경하되, 상기 세심관 방향과 직교하는 비드 보강은 세로방향으로 배열하며, 상기 양정현파중공관을 전륜구동축과 후륜구동축으로 분리하여, 모터의 구동을 전륜구동, 후륜구동, 전후륜 구동의 3가지 조합으로 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 통합형 편평형차대를 제공한다.Another aspect of the present invention is to change the arrangement direction of the mesial tube forming a vehicle chassis frame from a standard longitudinal direction to a horizontal direction, but bead reinforcement orthogonal to the mesial tube direction is arranged in the vertical direction, and the positive sine wave Provided is an integrated flat type undercarriage characterized by separating the hollow tube into a front wheel drive shaft and a rear wheel drive shaft, and driving the motor in three combinations: front wheel drive, rear wheel drive, and front and rear wheel drive.
본 발명의 또 다른 측면은 자동차 섀시 프레임을 형성하는 상기 세심관을 수소연료 저장탱크로 전환하고, 연료전지를 탑재하는 수소연료전지 자동차, 또는 상기 세심관을 가스 혹은 액체 화석연료를 저장하는 탱크로 전환하고, 상기 양정현파중공관에 소구경 가스터빈을 탑재하는 터빈엔진 자동차, 또는 보닛부에 내연기관 엔진을 탑재하는 내연기관 자동차, 또는 상기 세심관을 화석연료와 배터리를 수납하는 공간으로 전환하고, 상기 양정현파중공관의 직렬모터와 가스터빈 혹은 내연기관을 병용하는, 하이브리드자동차(HEV)나 플러그인하이브리드자동차(PHEV)의 차대로 활용하는 것을 특징으로 하는 통합형 편평형차대를 제공한다.Another aspect of the present invention is a hydrogen fuel cell vehicle that converts the thin tube forming a vehicle chassis frame into a hydrogen fuel storage tank and mounts a fuel cell, or A turbine engine vehicle that converts the fine pipe into a tank for storing gas or liquid fossil fuel, and mounts a small-diameter gas turbine on the positive sine wave hollow pipe, or an internal combustion engine vehicle equipped with an internal combustion engine engine on the bonnet, or Converting the mesial tube into a space for storing fossil fuels and batteries, and using the serial motor of the positive sine wave hollow tube and a gas turbine or an internal combustion engine in combination with a hybrid vehicle (HEV) or plug-in hybrid vehicle (PHEV) It provides an integrated flat-type chassis characterized in that.
본 발명의 또 다른 측면에 있어서 상기 세심관 내부에 격납되는 초소형 연료탱크는, 외경지름(D)23mm의 실린더형 몸체와, 양단에 반지름(R) 11.5mm의 반구형 쉘(shell) 볼록부를 구비한, 원형단면을 갖는 폐구조물 압력용기(pressure vessel)로서, 실린더형 몸체의 원주응력(σ₁)을 연료탱크, 세심관, 보조채움관 및 양면바깥층의 4중 재료의 몸체에 기하적 형상으로 응력을 분산시키며, 반구형 쉘(shell) 볼록부의 축방향 응력(σ₂)은 내압을 견디는 이상적 형태인 반구형 쉘 볼록부에 더하여, 상기 테두리보의 웨브로 분산시키는 것을 특징으로 하는 통합형 편평형차대를 제공한다.In yet another aspect of the present invention, the ultra-compact fuel tank stored inside the mesial tube has a cylindrical body having an outer diameter (D) of 23 mm and a hemispherical shell convex portion of a radius (R) of 11.5 mm at both ends. , As a pressure vessel of a closed structure with a circular cross section, the circumferential stress of the cylindrical body (σ 실린더) is applied to the fuel tank, the meticulous tube, the auxiliary filling tube and the body of the quadruple material of the outer layer on both sides in a geometric shape. Dispersing, the axial stress (σ₂) of the hemispherical shell convex portion, in addition to the hemispherical shell convex portion which is an ideal form to withstand internal pressure, provides an integrated flat undercarriage characterized by dispersing into the web of the rim beam.
본 발명의 “편평형차대(flatform chassis)”는 자동차의 구조용 프레임인 섀시로, 대용량 배터리와 모터를 섀시 내부에 수납하고 격납하여 별도의 배터리(battery)와 모터 설치공간을 제거함으로써 파워트레인 설치공간의 최적화와 중량 감축으로 연비향상 및 차량 디자인의 자유도를 더욱 확보할 수 있게 되는 기하학적 형상을 시현하여 섀시의 강성(rigidity)을 향상시키는 기술적 특성을 확보할 수 있다.The “flatform chassis” of the present invention is a chassis that is a structural frame of an automobile, and stores and stores a large-capacity battery and a motor inside the chassis to remove a separate battery and motor installation space, thereby eliminating the powertrain installation space. By optimizing and reducing weight, it is possible to secure the technical characteristics of improving the rigidity of the chassis by realizing a geometric shape capable of further improving fuel efficiency and securing freedom of vehicle design.
또한, 대용량 배터리를 차량의 바닥판(Floor Pan)부분에 폭넓게 적재하고 세심관 사이의 빈공간을 활용한 공랭식과 수랭식 혹은 상변화 냉각시스템 적용과 외기와 닿는 차량 바닥 부분을 방열판으로 병용하는 열교환 시스템으로 섀시 구조물의 열응력(thermal stress)에 의한 열변형률(thermal strain)을 억제하고, 배터리 냉각효율 향상과 섀시의 재료와 무게중심을 바퀴 회전축 원점O보다 아래에 둘 수 있어 차량운행의 안정성을 향상시킬 수 있다. In addition, a large-capacity battery is widely loaded on the floor pan part of the vehicle, and an air-cooled and water-cooled or phase-change cooling system that utilizes the empty space between the centers and the heat exchange system that uses the floor part of the vehicle in contact with outside air as a heat sink By suppressing the thermal strain caused by the thermal stress of the chassis structure, the battery cooling efficiency is improved and the material and weight center of the chassis can be placed below the origin of the wheel axis of rotation to improve vehicle stability. I can do it.
도 1은 여러 보 형상의 단면계수(S)와 상대효율 예시도이다.
도 2는 삼겹구조 섀시의 단면 확대도이다.
도 3은 삼위일체형 편평형차대(扁平型車臺)의 평면도이다.
도 4는 편평형차대의 측면과 단면형상도이다.
도 5는 편평형차대의 단면도(A선)이다.
도 6은 편평형차대 테두리보의 단면형상과 측면도(C선)이다.
도 7은 편평형차대 보강용 비드부의 단면도이다.
도 8은 편평형차대 모터부의 단면도이다.
도 9는 배터리부의 형상도이다.
도 10은 배터리부 소켓과 콘센트 형상도이다.
도 11은 주배전교환시스템의 블록도이다.
도 12는 직렬모터부 실장 형상도이다.
도 13은 정합기어부와 차동기어부 형상도이다.
도 14는 배터리 냉각 시스템 계통도이다.
도 15는 냉각방식별 형상도이다.
도 16은 섀시 외장형모터 편평형차대의 배터리모듈 단면도이다.
도 17은 무선충전 카패드의 안치위치(저면)와 단면도이다.
도 18은 가로형 섀시의 형상도이다.
도 19는 초소형 연료탱크 형상도이다.1 is a cross-sectional coefficient (S) and the relative efficiency of the various beam shapes.
2 is an enlarged cross-sectional view of a three-layered chassis.
3 is a plan view of a trinity-type flat chassis.
4 is a side view and a cross-sectional shape view of the flat undercarriage.
Fig. 5 is a sectional view (line A) of the flat undercarriage.
6 is a cross-sectional shape and side view (C line) of the flat beam frame beam.
7 is a cross-sectional view of the bead for reinforcement of the flat undercarriage.
8 is a cross-sectional view of the flat undercarriage motor unit.
9 is a shape diagram of the battery unit.
10 is a shape diagram of a battery socket and an outlet.
11 is a block diagram of a main distribution switch system.
12 is a view showing the mounting of the serial motor unit.
13 is a shape diagram of a matching gear portion and a differential gear portion.
14 is a system diagram of a battery cooling system.
15 is a shape diagram for each cooling method.
16 is a cross-sectional view of the battery module of the chassis external motor flat chassis.
Fig. 17 is a sectional view and a cross-sectional view of the wireless charging car pad.
18 is a shape view of a horizontal chassis.
19 is a diagram of a micro fuel tank.
이하 본 발명의 구체적 측면들을 보다 상세히 기술한다. 먼저 가장 기본적인 발명의 형태로서 본 발명의 일측면은 자동차의 기본 구조물로 차대인 구조용 프레임인 섀시부에 있어서, 섀시부를 구성하는 뼈대인 프레임; 상기 섀시부를 세로로 관통하며 모터부를 격납하는 양정현파 중공관; 및 복수개의 가로방향 보강용 비드부(bead); 를 포함하여 구성된다. 상기 프레임은 속이 빈(hollow) 관(tube)인 세심관을 수평으로, 3단 이상 다단으로, 그리고 육방격자형으로 집속한 부재를 중간층(core)으로 하고, 상기 중간층의 양면에는 고강도 재료로 된 두 개의 얇은 판재(강판 혹은 알루미늄판 등)로서 양면에 바깥층(face)을 형성한다. 상기 세심관의 중간층(core)은 상기 바깥층(face)인 상기 판재를 지지하는 필러(filler)로 기능하여, 상기 바깥층을 주름(winkling)이나 좌굴(buckling)에 대해 안정화시키고, 상기 중간층인 속이 빈 상기 세심관 사이 및 상기 세심관과 상기 양면의 바깥층 사이 빈 공간에는 극세심관의 보조 채움관을 삽입하여 빈공간을 더욱 촘촘히 채우며, 상기 판재의 양면 바깥층, 상기 집속형 세심관, 및 보조 채움관으로 구성되는 상기 중간층의 삼겹구조로 형성한다. Hereinafter, specific aspects of the present invention will be described in more detail. First, as a form of the most basic invention, one side of the present invention is a basic structure of a vehicle, the chassis portion being a structural frame that is a chassis, a frame that constitutes a chassis portion; A positive sine wave hollow tube penetrating the chassis portion vertically and storing a motor portion; And a plurality of bead portions for transverse reinforcement; It is configured to include. The frame is composed of a hollow tube (tube), a three-tiered multi-level, and a hexagonal lattice-shaped member composed of a core, and both sides of the intermediate layer are made of high-strength material. As two thin plates (steel plate or aluminum plate, etc.), an outer layer is formed on both sides. The core of the mesial tube acts as a filler supporting the plate, which is the outer layer, stabilizing the outer layer against wrinkles or buckling, and the middle layer is hollow The empty space between the centripetal tubes and between the centripetal tubes and the outer layers of both sides is filled with an auxiliary filling tube of the ultra-fine centrifugal tube to fill the empty space more tightly, and the outer layers of both sides of the plate material, the concentrating centripetal tube, and the auxiliary filling tube It is formed of a three-layer structure of the intermediate layer consisting of.
상기 모터부를 격납하는 속이 빈 주름관인 상기 양정현파 중공관은, 외경방향으로 볼록한 형상의 주름을 원주방향으로 36개 가지고, 주름의 마루와 골이 상기 프레임의 세로 길이 방향으로 향하도록 상기 프레임의 중앙부 중심축선상에 세로 방향으로 안치한다. The positive sine wave hollow tube, which is a hollow corrugated tube for storing the motor part, has 36 circumferentially shaped corrugations in the outer diameter direction, and the central part of the frame so that the corrugated floors and valleys face the longitudinal direction of the frame. It is placed vertically on the central axis.
또한 상기 보강용 비드부는 활꼴의 단면을 가지고, 상기 프레임의 가로방향에 복수 개를 상기 세심관의 상면 및 하면에 상기 세심관과 직교하도록 부가하여 상기 세심관과 함께 중간층을 형성한다. In addition, the reinforcing bead portion has a cross section of an arch shape, and a plurality of pieces in the horizontal direction of the frame are added to the upper and lower surfaces of the mesial tube to be orthogonal to the mesial tube to form an intermediate layer together with the mesial tube.
상기 프레임의 가장자리에는 테두리보를 부가하되, 상기 테두리보는 WF보 단면형상의 구조용 부재(member)로서, 상기 프레임의 양면 바깥층에 접합하여 축방향 외력이나 하중을 지지하고 인장, 비틀림, 굽힘, 압축 등의 전단응력을 증대시키며, 상기 바깥층인 판재는 상기 중간층의 보강용 비드부의 형상에 맞추어 조립되도록 성형하여, 상기 바깥층인 판재가 상기 중간층과 접합함으로써 형성되는 샌드위치 패널(sandwich panel)형상의 구조물을 형성하도록 한다.A rim beam is added to the edge of the frame, and the rim beam is a structural member of a WF beam cross-section, bonded to both outer layers of the frame to support axial external forces or loads, such as tensile, torsion, bending, compression, etc. To increase the shear stress, the outer layer of the plate material is molded to be assembled in accordance with the shape of the reinforcing bead portion of the intermediate layer, so that the outer layer of the plate material is formed by joining the intermediate layer to form a sandwich panel (sandwich panel) shaped structure. do.
또한 상기 프레임의 중간층을 형성하는 상기 복수의 세심관에는 원통형 표준 배터리를 직렬 수납하여 모터와 전장장치 등을 구동하는 에너지부를 형성하고, 세로축 방향의 상기 프레임 중심축선상의 상기 양정현파 중공관은, 상기 세심관 중간층(core) 두께의 두 배 이상의 직경을 갖되, 자동차 구동원인 직렬 모터를 상기 중공관 내부에 격납한다. 그리고 상기 세심관 사이의 공간은 상기 보조 채움관을 채워 공기유동통로(채널)로 하고, 상기 세심관과 상기 보조 채움관 사이 나머지 빈 공간은 냉각수 혹은 상변화물질로 충진하고, 상기 보조채움관을 외부 대기로 열을 방출하는 냉각공기 유관으로 활용하여 상기 바깥층의 방열판 기능과 함께 열교환의 냉각계통을 형성함으로써, 상기 양정현파 중공관에 격납되는 구동원인 상기 모터부와, 상기 세심관 내부에 수납되는 에너지원인 배터리부와, 상기 세심관과 상기 보조채움관, 및 상기 양면 바깥층을 방열판으로 하는 프레임이 하나의 섀시로 통합되도록 한다.In addition, the plurality of fine-tubes forming the middle layer of the frame, the cylindrical standard battery is stored in series to form an energy unit for driving a motor and an electric device, and the positive sine wave hollow tube on the central axis of the frame in the vertical axis direction is the It has a diameter of at least twice the thickness of the core of the mesial tube, and stores a series motor as a driving source of the vehicle inside the hollow tube. And the space between the meticulous pipes fills the auxiliary fill pipe to make an air flow path (channel), and the remaining empty spaces between the meticulous pipes and the auxiliary fill pipes are filled with cooling water or phase change material, and the auxiliary fill pipes are filled. By utilizing it as a cooling air flow pipe that emits heat to the outside atmosphere, a cooling system of heat exchange is formed together with a heat sink function of the outer layer, so that the motor part, which is a driving source stored in the positive sine wave hollow tube, and the inside of the mesial tube are accommodated. An energy source battery part, the fine tube, the auxiliary filling tube, and the frame having the outer layers of both sides as a heat sink are integrated into one chassis.
또한 상기 보강용 비드부와 관련하여, 중간층인 상기 세심관과 직교하는 상기 활꼴의 단면을 가지는 보강용 비드부는 상기 중간층(core)을 보강하고 외력을 상기 세심관으로 분산시키는 기능과, 차량 부속장치를 섀시에 장착할 때 핀이나 볼트의 설치장소로서의 기능을 가지며, 상기 보강용 비드부 내부에 4개소의 원통 실린더와 단면방향 3열로 복수개의 비드 너트부를 구비하여, 상기 원통실린더에 중공원형보(hollow cylinder beam)를 삽입하여 지지점을 확보하고, 상기 보강용 비드부를 볼트와 너트로 체결하여 차체(보디)와 부속장치를 접합함으로써 핀이나 볼트 등의 체결장치가 상기 세심관을 관통하지 않게 하여 구멍이나 노치(notch) 등에서 발생되는 응력집중과 국부응력을 상기 양면 바깥층과 상기 보강용 비드부를 경유하여 상기 프레임 전체면으로 분산시키도록 한다.In addition, with respect to the reinforcing bead portion, the reinforcing bead portion having a cross section of the arch orthogonal to the mesial pipe, which is an intermediate layer, reinforces the intermediate layer and disperses external force into the mesial pipe, and a vehicle accessory device When mounted on the chassis, it has a function as a place for installing pins or bolts, and has four cylindrical cylinders inside the reinforcing bead and a plurality of bead nut parts in three rows in the cross-section direction, and the hollow cylinder is provided with hollow cylinders ( A hollow cylinder beam is inserted to secure a support point, and the reinforcement bead is fastened with a bolt and a nut to join the vehicle body (body) and an accessory device so that fastening devices such as pins and bolts do not penetrate the mesial tube. In order to disperse the stress concentration and local stress generated in the notch or the like to the entire surface of the frame via the outer layer on both sides and the bead for reinforcement.
상기 프레임 가장자리의 테두리보와 관련하여, 상기 프레임의 양면 바깥층을 상기 테두리보의 양측면 중 내측 한 측면에 삽입하고, 상기 테두리보의 플랜지와 상기 프레임의 경계면을 겹치기 이음이나 필릿용접으로 가장자리를 접합하며, 상기 테두리보의 바깥쪽 다른 한 측면에는, 바퀴 구동축상의 조향과 현가장치 안치부, 펜더부와 바디 지지부, 보닛과 앞범퍼 안치부, 트렁크와 뒷범퍼 안치부 등을 리벳, 볼트, 용접 등의 방법으로 차체(body)와 접합하며, 상기 테두리보 바깥쪽 상하 플랜지와 웨브 사이의 빈공간은, 하네스 케이블과 배터리 배선 케이블의 덕트와, 배터리와 모터 냉각용 파이트의 덕트를 수납하고, ㄷ자 형상의 채널보(channel beam)를 부가하여 빈공간을 외측면과 격리하여, 상기 테두리보의 플랜지와 웨브, 상기 채널보의 플랜지와 웨브가 결합하여 상자형보(box beam)의 조립보를 형성하도록 한다.With respect to the border beams at the edge of the frame, the outer layers of both sides of the frame are inserted into one inner side of both sides of the border beams, and the edges of the flanges of the border beams and the borders of the frame are joined by overlapping joints or fillet welding. On the other side of the outer edge of the rim, steering and suspension arrangement on the wheel drive shaft, fender and body support, bonnet and front bumper inside, trunk and rear bumper inside, such as rivets, bolts, welding, etc. It is joined to the body by the method, and the empty space between the upper and lower flanges and the web outside the rim beam accommodates the duct of the harness cable and the battery wiring cable, the duct of the battery and the motor cooling pipe, and has a U-shape. By adding a channel beam to isolate the empty space from the outer surface, the flange and web of the rim beam and the flange and web of the channel beam are combined to form an assembled beam of a box beam.
그리고, 상기 세심관에 실장되는 배터리는, 마이너스(-) 전극의 리드선을 구비한 배터리 소켓에 직렬 격납되어 상기 세심관에 수납되고 끝단의 플러스(+) 전극 단자와 함께 상기 세심관 수납용의 배터리모듈을 형성한다. 상기 배터리모듈은 전원회로와 연결되는 배터리 콘센트와 플러스(+) 단자와 마이너스(-) 단자가 요철(凹凸)형으로 체결되고, 전원관리시스템과 성형(star)방식으로 전원에 결선된다. 자동차 프레임의 배터리부는 중앙축선인 상기 양정현파 중공관을 기준으로, 센터측 배터리 수납공간과, 사이드측 배터리 수납공간으로 구분하되, 양측 사이드측 세심관의 배터리모듈은 기저전원용으로, 센터측 세심관 모듈은 중간전원 혹은 첨두전원용으로 하되, 상기 센터측 세심관 모듈은 손쉽게 탈착(脫着)이 가능하도록 상기 테두리보에 시건장치를 구비한 탈착용 인입부를 선택사양으로 구비하여 배터리 추가, 교환을 가능하도록 한다.In addition, the battery mounted on the mesial tube is stored in the mesial tube in series in a battery socket having a lead wire of a negative (-) electrode and is stored in the mesial tube, and a battery for storing the mesial tube with a positive (+) electrode terminal at the end. Form a module. In the battery module, a battery outlet connected to a power circuit, a plus (+) terminal, and a minus (-) terminal are fastened in a concave-convex shape, and connected to a power source by a power management system and a star method. The battery part of the car frame is divided into a battery storage space on the center side and a battery storage space on the side side, based on the positive sine wave hollow tube, which is the central axis, but the battery modules on both side side depth tubes are for base power and the center side tube The module is used for the intermediate power or the peak power, but the center-side center tube module is equipped with a detachable inlet part equipped with a locking device on the rim, so that it can be easily detached. Do it.
상기 각각의 배터리모듈은 주배전교환시스템(Main Distribution & Switching System, MDSS)에 접속되고, 상기 주배전교환시스템(MDSS)은 N개의 입력과 M개의 출력선이 스위치로 연결되어, N×M개의 스위치 소자인 매트릭스 컨버터회로 기능의 양방향 전력변환(Matrix Switching)기능을 갖는 전력용반도체소자(Power Semiconductor Devices, PSD)로 구성한다. 이 때 충전과 방전, 회로차단, 센서신호(온도, 과전류, 과전압 등) 감지와, 배터리 방전과 충전 순서지정, 회생제동용 배터리모듈 지정 등을 모듈별로 분리하여 순서를 할당함으로써 상기 배터리 셀의 충방전 횟수를 줄여 수명을 연장하며, 충전소요시간을 단축하도록 한다.Each of the battery modules is connected to a main distribution & switching system (MDSS), and in the main distribution switch system (MDSS), N inputs and M output lines are connected by a switch, and N×M It is composed of a power semiconductor device (PSD) having a bidirectional power switching (Matrix Switching) function of a matrix converter circuit function as a switch device. At this time, charging and discharging, circuit blocking, sensor signal (temperature, overcurrent, overvoltage, etc.) detection, battery discharge and charging ordering, regenerative braking battery module designation, etc. are separated for each module and assigned in order to charge the battery cell. Reduce the number of discharges to extend the life and shorten the charging time.
그리고, 상기 양정현파중공관에 격납되는 동력원인 직렬모터는, 모터함체 원주면에 외접하는 지름 10mm의 오목 홈과, 상기 양정현파 중공관 내측의 음정현파 오목 홈으로 형성되는 36개소의 오목형 요(凹)홈을 구비하여 냉각배관과 코일배선 및 충격절연용 패드를 수납하는 공간으로 활용한다. 이 때 6개의 수랭식 냉각시스템 배관파이프와 6개의 공랭식 냉각시스템 공기유관과 12개의 모터 코일가이드부와 12개의 충격절연용패드를 수납하되 탄성중합체인 고무 재질의 진동과 충격흡수 목적의 충격절연용패드는, 수납 홈 직경 10mm의 √2배(1.4142) 굵기로, 탄성 압축용량을 확보하여 인장(引張)시켜 요철홈에 삽입한 후, 이완(弛緩)시켜 탄성을 회복시키는 방법으로 상기 모터를 고정하여, 응력집중을 초래하는 볼트나 쐐기없이 상기 모터부를 격납하며, 상기 모터의 회전진동과 바퀴의 구름진동을 상호간 절연(isolation)시켜, 상기 모터와 상기 프레임 구조물의 피로를 감소시키도록 한다.And, the series motor, which is a power source stored in the positive sine wave hollow tube, has a concave groove having a diameter of 10 mm circumscribed to the circumferential surface of the motor housing and 36 concave recesses formed by a negative sine wave recess inside the positive sine hollow tube. (凹) It is equipped with a groove to be used as a space for storing cooling pipes, coil wiring, and pads for shock insulation. At this time, 6 water-cooled cooling system piping pipes, 6 air-cooled cooling system air oil pipes, 12 motor coil guide parts, and 12 shock insulation pads are housed, but an elastic rubber shock pad for vibration and shock absorption purposes Is, √2 times (1.4142) diameter of the receiving groove diameter of 10mm, secure the elastic compression capacity, pull it into the uneven groove by pulling it, and then loosen it to fix the motor by fixing the motor , Storing the motor part without bolts or wedges causing stress concentration, and isolating the rotational vibration of the motor and the rolling vibration of the wheel to reduce the fatigue of the motor and the frame structure.
상기 양정현파중공관에 격납되는 동력원인 상기 직렬모터는, 모터 회전축이 바퀴축과 직교방향으로 교차하는 곳에, 상기 프레임의 바깥층과 상기 양정현파중공관을 천공(穿孔)하여, 구동기어 인출구를 전륜, 후륜, 전후륜에 구비하며, 한 개 직렬모터로 전륜, 후륜 혹은 사륜구동을 조합하고, 상기 직렬모터부의 구동축에는 축방향 하중을 제거하는 더블헬리컬기어(double helical gear)를 장착하여 동력계통(파워트레인)의 구동기어부로 삼는다. 그리고 상기 직렬모터부의 구동기어부와 차동기어부 중간에는, 더블헬리컬기어와 보조회전축(Aux. shaft)으로 구성되는 정합기어부(matching gear)를 안치하여 상기 직렬모터부와 바퀴부를 분리하여, 모터 구동축의 원점(O)을 인상(引上)하고, 일정비율의 감속효과와, 부하 임피던스(Z)를 정합시킨다.The serial motor, which is a power source stored in the positive sine wave hollow tube, drills the outer layer of the frame and the positive sine wave hollow tube, where the motor axis of rotation intersects the wheel axis in a direction orthogonal to the front wheel of the drive gear outlet. , It is provided on the rear wheel and the front and rear wheels, and combines the front wheel, rear wheel, or four-wheel drive with one serial motor, and the drive shaft of the serial motor unit is equipped with a double helical gear to remove the axial load. Powertrain). Further, in the middle of the drive gear portion and the differential gear portion of the serial motor portion, a matching gear portion composed of a double helical gear and an auxiliary shaft is placed to separate the serial motor portion and the wheel portion to separate the motor drive shaft. Raise the origin of (O), match the deceleration effect of a certain ratio and the load impedance (Z).
또한, 상기 배터리의 열전달 과정인 전도와 대류를 최대화하기 위해, 상기 배터리를 상기 세심관 전체에 분산 수납하여 열방출 면적을 늘리고, 상기 세심관 사이 공간 및 상기 세심관과 상기 바깥층 사이 공간에, 상기 보조 채움관을 채워 상기 배터리의 열전도와 대류면적을 확대함으로써, 상기 세심관 반경(R)대비 1.62π(5.08)배의 방열면적을 확장하고 외부 대기와 접하는 양면의 바깥층(face)을 방열판으로 활용한다. 그리고 상기 세심관 사이공간과 상기 보조 채움관을, 흡기구와 배기구를 갖는 공기 유관(튜브)으로 연결하고, 상기 유관의 축 방향으로 기체를 송풍하는 축류송풍기를 추가하여, 온도 상승시 외부 에너지로 구동하여 열교환하는 배터리 냉각시스템의 공랭식 냉각방식을 기본 냉각방식으로 채택한다.In addition, in order to maximize conduction and convection, which are heat transfer processes of the battery, the battery is distributedly stored in the entirety of the mesial tube to increase the heat dissipation area, and to the space between the mesial tube and the space between the mesial tube and the outer layer, the By expanding the heat conduction and convection area of the battery by filling the auxiliary fill tube, the heat dissipation area of 1.62π (5.08) times larger than the radius of the mesial tube (R) is expanded, and the outer surface of both surfaces in contact with the outside atmosphere is utilized as a heat sink do. Then, the space between the meticulous pipe and the auxiliary filling pipe are connected to an air flow pipe (tube) having an intake port and an exhaust port, and an axial flow blower for blowing gas in the axial direction of the flow pipe is added to operate with external energy when the temperature rises. Therefore, the air cooling type of the battery cooling system to heat exchange is adopted as the basic cooling method.
나아가, 상기 배터리 냉각시스템의 공랭식 냉각방식에 더하여, 상기 배터리를 수납하는 상기 세심관과 상기 보조 채움관 사이 빈 공간에, 냉각제로 물(水)을 투입하는 수랭식 냉각방식과, 축열과 방열의 열교환 효과를 더욱 개선하기 위해 파라핀(paraffin), 이온화합물 등의 상변화물질을 주입하는 상변화물질 냉각방식과, 상기 보조 채움관을 축류송풍기로 강제송풍하여, 상기 세심관과 상기 보조채움관을 열교환의 방열판으로 활용하여, 외부 대기로 열을 방출하는 공랭식 냉각방식을 기본으로 하되, 수랭식 혹은 상변화물질 냉각방식과 조합하여, 공랭식과 수랭식의 조합, 혹은 공랭식과 상변화물질 냉각방식 조합의, 하이브리드 냉각방식으로써 냉각효율을 개선할 수 있다. Furthermore, in addition to the air-cooled cooling method of the battery cooling system, a water-cooled cooling method in which water is added as a coolant to an empty space between the centrifugal tube and the auxiliary filling tube that accommodates the battery, and heat exchange between heat storage and heat dissipation In order to further improve the effect, a phase change material cooling method for injecting phase change materials such as paraffin and ionic compounds, and forcibly blowing the auxiliary fill tube with an axial flow blower, thereby exchanging the centripetal tube and the auxiliary fill tube It is a hybrid of air-cooling and phase-changing material cooling method, combining air-cooling and water-cooling type, or a combination of air-cooling and phase-changing material cooling method, based on the air-cooling method of dissipating heat to the outside atmosphere. As a cooling method, cooling efficiency can be improved.
그리고 세로축 방향 중심축선상의 상기 양정현파중공관 내부에 자동차 구동원인 상기 직렬모터를 격납하지 않고, 상기 세심관(100)을 수평방향으로 3개, 4개, 5개, 4개, 3개를 적층하고, 다수의 보조 채움관을 육방격자형으로 집속하여 19개의 상기 배터리모듈을 추가하고, 섀시 프레임 전륜측의 보닛과 후륜측 트렁크부에 전기자동차 동력원으로 방사형모터(radial motoor)나 바퀴내부에 인휠모터(in-wheel motor)를 섀시프레임 외장형으로 설치할 수 있다. 이 때, 방사형모터의 동력계통(power train)은, 대시보드 안치부와 시트안치부 및 바퀴구동축상의 보강용비드부와 테두리보를 지지점으로 하는 동력계통 고정부를 구비하여, 모터부, 바퀴구동축, 차동기어부, 조향장치와 현가장치 등을 안치하고, 바퀴내부에 설치하는 인휠모터의 지지부는, 상기 섀시 프레임의 조향과 현가장치 안치부의 보강용비드부 내부 8개소의 원통형실린더에 중공원형보를 삽입하여 지지점을 확보하고, 상부와 하부측 3열로 배열되는 비드 너트부에 볼트로 체결하여 모터와 조향 및 현가장치를 지지하고, 구동전원선과 냉각시스템의 인입과 인출부를 구비하여 인휠모터(in-wheel motor)를 설치하고, 상기 세심관 내부에 수납되는 에너지원인 배터리부와, 상기 세심관과 상기 보조채움관, 및 상기 양면 바깥층을 방열판으로 하는 프레임이 하나의 섀시로 통합되고, 동력원인 모터부는 섀시 외장형으로 설치되도록 할 수 있다.In addition, three, four, five, four, and three laminations of the
또한 상기 편평형차대의 하부 바닥판(Floor Pan)에 형성되는 세로방향의 양정현파중공관과 가로방향의 상기 보강용비드부와 상기 테두리보로 형성되는 위치와 요철(凹凸)형의 요(凹)공간에 차량용 무선충전 집전장치인 수신패드 혹은 카패드(CarPad)를 안치하고, 상기 카패드는 내부에 원형의 2차측 집전코일을 육방격자형으로 배열하여, 지상의 충전패드나 도로상 급전선의 1차 급전코일과 전자기회로를 형성하여, 전기에너지를 전자기파로 수신하여 배터리셀을 충전하거나 모터를 구동하는 무선 전력 전송(wireless power transfer)회로를 제공할 수 있다. 이 때, 상기 카패드의 두께는 양정현파중공관과 보강용 비드부의 활꼴 형상의 단면의 돌출높이 이하로 하고, 상기 카패드의 고정은 보강용비드부에 3열로 배열되는 비드 너트부에 복수개의 볼트로 체결하며, 상기 카패드의 배선케이블은 상기 보강용 비드부 원통실린더 내부로 수납하여, 섀시외부를 일주하는 상기 테두리보의 외측공간으로 인출하여 충전회로부와 주배전교환시스템으로 연결하는 무선 전력전송시스템을 구비하도록 할 수 있다. In addition, the position and the concave and convex (요) type formed by the lateral sine wave hollow tube formed in the bottom pan of the flat undercarriage (Floor Pan) and the reinforcing bead portion and the rim beam in the transverse direction A receiving pad or a car pad (CarPad), which is a wireless charging current collector for a vehicle, is placed in a space, and the car pad is arranged in a hexagonal lattice shape with a circular secondary current collecting coil inside, so that the charging pad on the ground or the power supply line on the
또한 본 발명에 있어서, 자동차 섀시 프레임을 형성하는 상기 세심관의 배열 방향을 표준적인 세로방향에서 가로방향으로 변경하되, 상기 세심관 방향과 직교하는 비드 보강은 세로방향으로 배열하며, 상기 양정현파중공관을 전륜구동축과 후륜구동축으로 분리하여, 모터의 구동을 전륜구동, 후륜구동, 전후륜 구동의 3가지 조합으로 사용할 수 있다. In addition, in the present invention, the arrangement direction of the mesial tube forming the vehicle chassis frame is changed from a standard longitudinal direction to a horizontal direction, but bead reinforcement orthogonal to the mesial tube direction is arranged in the vertical direction, and the positive sine wave By separating the conduit into a front wheel drive shaft and a rear wheel drive shaft, the motor can be used in three combinations: front wheel drive, rear wheel drive, and front and rear wheel drive.
그리고 자동차 섀시 프레임을 형성하는 상기 세심관을 수소연료 저장탱크로 전환하고, 연료전지를 탑재하는 수소연료전지 자동차, 또는 상기 세심관을 가스 혹은 액체 화석연료를 저장하는 탱크로 전환하고, 상기 양정현파중공관에 소구경 가스터빈을 탑재하는 터빈엔진 자동차, 또는 보닛부에 내연기관 엔진을 탑재하는 내연기관 자동차, 또는 상기 세심관을 화석연료와 배터리를 수납하는 공간으로 전환하고, 상기 양정현파중공관의 직렬모터와 가스터빈 혹은 내연기관을 병용하는, 하이브리드자동차(HEV)나 플러그인하이브리드자동차(PHEV)의 차대로 활용할 수 있다.Then, the tube is converted into a hydrogen fuel storage tank that forms the car chassis frame, and converts the tube into a gas or liquid fossil fuel storage tank. A turbine engine vehicle equipped with a small-diameter gas turbine in a hollow pipe, an internal combustion engine vehicle equipped with an internal combustion engine engine in a bonnet portion, or the above-mentioned fine pipe is converted into a space for storing fossil fuels and batteries, and the positive sine wave hollow pipe It can be used as a hybrid vehicle (HEV) or plug-in hybrid vehicle (PHEV), which uses a combination of a serial motor and a gas turbine or an internal combustion engine.
상기 세심관 내부에 격납되는 초소형 연료탱크는, 외경지름(D)23mm의 실린더형 몸체와, 양단에 반지름(R) 11.5mm의 반구형 쉘(shell) 볼록부를 구비한, 원형단면을 갖는 폐구조물 압력용기(pressure vessel)로서, 실린더형 몸체의 원주응력(σ₁)을 연료탱크, 세심관, 보조채움관 및 양면바깥층의 4중 재료의 몸체에 기하적 형상으로 응력을 분산시키며, 반구형 쉘(shell) 볼록부의 축방향 응력(σ₂)은 내압을 견디는 이상적 형태인 반구형 쉘 볼록부에 더하여, 상기 테두리보의 웨브로 분산시킬 수 있다.The ultra-small fuel tank stored inside the mesial tube has a cylindrical body having an outer diameter (D) of 23 mm and a hemispherical shell convex portion of a radius (R) of 11.5 mm at both ends. As a pressure vessel, the circumferential stress (σ₁) of the cylindrical body is distributed in a geometric shape to the body of a quadruple material of a fuel tank, a meticulous tube, an auxiliary filling tube, and a double-sided outer layer, and a hemispherical shell The axial stress (σ₂) of the convex portion can be distributed to the web of the rim beam in addition to the hemispherical shell convex portion which is an ideal form to withstand the internal pressure.
이하에서는, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 이론적 배경과 함께 더욱 상세히 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
이론적 배경Theoretical background
자동차 무게는 성능, 주행거리, 비용 등에 결정적인 영향을 미치며 자동차의 구름저항(Frr, rolling resistance, Frr=μrrmg, μrr: 구름저항계수, m: 질량, g: 중력가속도- 9.8m/sec²)은 자동차의 속도와 무관하며 자동차의 무게(m)에 비례한다.Vehicle weight has a decisive effect on performance, mileage, and cost, and rolling resistance (Frr = μrrmg, μrr: rolling resistance coefficient, m: mass, g: gravitational acceleration-9.8m/sec²) It is independent of the speed of and is proportional to the weight of the car (m).
또 경사면 등판력(Fhc, hill climbing force, Fhc=mgsinθ, θ: 등판각/경사각)과 가속력(Fla, linnear acceleration, Fla=ma, a: 가속도) 모두 무게(m)에 비례하므로 자동차 무게의 최소화는 자동차 구조물 특히 프레임과 섀시 설계에 있어 비용, 강도(strength), 강성(stiffness) 또는 성능과 에너지 효율과 같은 상충하는 요구조건을 고려하여 재료역학적으로 최적화되어야 한다.In addition, since the slope climbing force (Fhc, hill climbing force, Fhc=mgsinθ, θ: climbing angle/inclination angle) and acceleration (Fla, linnear acceleration, Fla=ma, a: acceleration) are both proportional to the weight (m), minimizing the weight of the vehicle Automotive structures, especially frame and chassis designs, must be optimized for material dynamics, taking into account conflicting requirements such as cost, strength, stiffness or performance and energy efficiency.
본 발명은 재료역학적 특성을 감안하여 초경량의 세심관을 중간층(core)의 재료와 형상으로 채택하여 자동차 섀시를 구성하는 프레임으로 활용하여 재료를 절감하고 무게를 줄이면서 고강도(high-strength) 및 고강성(high-rigidity)의 특성을 발현시키는 한편, 에너지원인 배터리(120)를 넓게 분포하는 세심관(100)에 수납함으로써 배터리의 발열과 폭발 위험성을 최소화하며 별도 배터리 설치 공간이 필요치 않는 구조적 형상을 시현하는 데 있다.The present invention adopts an ultra-light core tube as a material and shape of a core in consideration of material dynamics characteristics, and utilizes it as a frame constituting an automobile chassis, saving material and reducing weight while high-strength and high-strength. While expressing the characteristics of high-rigidity, the
구조물의 부재(member)나 기계요소가 경제적으로 소기의 기능을 발현하기 위해서는 물체/재료(body/material)에 작용하는 외력(external force) 또는 하중(load)에 저항하는 힘인 내력(internal force)과 변형(strain)에 대응하는 강도와 강성을 가져야 하며, 강도(strength)는 재료의 고유한 성질에 관련되고 강성(rigidity)은 재료의 성질과 기하학적 형상에 좌우된다.In order for a member or a mechanical element of a structure to economically exhibit a desired function, an internal force, which is a force resisting an external force or load acting on an object/material, and It should have strength and stiffness corresponding to the strain, and strength is related to the material's intrinsic properties and rigidity depends on the material's properties and geometry.
자동차의 섀시 혹은 프레임을 미소구간으로 분할하면 4개의 지지점(support)을 갖고 수직하중을 받는 수평 부재인 보(beam)의 특성과 동일하며 그 주요한 특징은 단면의 치수에 비하여 축방향 치수가 매우 크고, 강체변위(rigid body displacement)가 발생되지 않도록 지지되거나 결합되어야 한다.When the chassis or frame of a car is divided into small sections, it has the same characteristics as a beam, a horizontal member that has four supports and receives vertical loads. Its main characteristic is that its axial dimension is very large compared to that of the section. , Should be supported or combined so that rigid body displacement does not occur.
또한 정지시의 축선과 수직방향의 외력(하중)인 정하중(static load)과 이동시의 동하중(dynamic load)을 주로 받아 인장(tension), 압축(compression), 굽힘(bending)과 전단(shearing), 비틀림(torsion), 뒤틀림(warping)작용이 발생하는 구조용 부재로 결국 주어진 재료의 강도(strength)에서 강성(rigidity, stiffness)은 재료의 기하학적 조건(geometric condition)에 좌우된다. In addition, it receives mainly static load, which is the axial and vertical external forces (loads) at rest and dynamic loads when it is moving, and tension, compression, bending and shearing, Structural member with torsional and warping action. Ultimately, the rigidity, stiffness of a given material depends on the geometrical condition of the material.
우선, 보(beam)와 관련된 재료역학의 정립된 이론은 주어진 재료의 양이 중립축(neutral axis)에서 멀리 떨어질수록 단면계수(section modulus, S)는 커지고 단면계수(S)가 커질수록 저항할 수 있는 응력(stress, σ, σ=P/A, P=σA, P; 응력의 합력, A; 단면적)인 전단력(shear force, V)과 굽힘모멘트(bending moment, M)는 증대된다. First of all, the established theory of material dynamics related to beams can be resisted as the given amount of material is farther from the neutral axis and the section modulus (S) becomes larger and the section modulus (S) increases. Shear force (V) and bending moment (M), which are the stresses (stress, σ, σ=P/A, P=σA, P; the sum of stresses, A; cross-sectional area), are increased.
보(beam)와 자동차 구조용 프레임인 섀시를 형성하는 재료의 주요한 형상과 관련되는 물리량의 수식은 아래와 같다. The formula of the physical quantity related to the main shape of the material forming the beam and the chassis that is the frame for the automobile structure is as follows.
<주요 보와 관련된 전단공식(shear formular)><Shear formular related to the main beam>
<단면계수(S, section modulus)와 상대효율><S, section modulus and relative efficiency>
도1은 본원 발명에 활용되는 여러 보 형상의 단면계수와 상대효율을 예시한 것으로 주어진 단면적(A)과 높이(h)에서 이상적인 보(ideal beam)의 단면형상은 면적의 절반을 중립축선상에서 2/h에 위치시키는 형상으로 관성모멘트(I, moment of inertia) I=Ah²/4, 단면계수(S, section modulus) S=0.5Ah로 주어지나, 이러한 보는 물리적으로 구현이 불가능하다.Figure 1 is a cross-sectional shape of the ideal beam (ideal beam) at a given cross-sectional area (A) and height (h) given as an example of the cross-section coefficient and relative efficiency of various beam shapes utilized in the
도1의 세심관보는 전체 섀시(10)의 단면을 예시하고 표준WF보는 테두리보(106), 중공원형보는 세심관(100)과 보조채움관(101), 열린단면보는 채널보(109)에 활용되는 부재로 섀시부(10)를 형성하게 되며, 주어진 단면계수(S)와 관성모멘트(I) 및 보의 형상과 특성을 감안하여 재료와 용도를 특정하고 강도과 강성을 향상시킬 수 있는 기하학적 형상의 개선점을 찾아야 한다.1, the detailed cross section of the
상기 수식과 주요 보의 형상에 준거하여 섀시 설계시 높은 강도와 전단응력τ을 얻기 위해 도출할 수 있는 주요 설계요소는 단면 형상이 가장 중요하며, 중간층의 두께(t)를 주름(wrinkling)과 좌굴(buckling)이 발생하지 않는 범위 내에서 얇게 하고 재료의 중립축(107) 원점O에서 가장 멀리 떨어진 곳에 위치하게 하여 굽힘응력을 최대로 얻을 수 있는 기하학적 형상을 안출하여 섀시(10)의 형상설계와 디자인에 반영하여야 한다.Based on the above formula and the shape of the main beam, the major design element that can be derived to obtain high strength and shear stress τ when designing the chassis is the most important cross-sectional shape, and the thickness (t) of the intermediate layer is wrinkled and buckled. Shape design and design of the
가장 효율적인 보(beam)는 주로 단면의 형상에 의존하고 재료의 중립축(107)으로부터 가장 멀리 떨어져 있는 형상이 필수적이며 주어진 재료의 양이 중립축에서 멀리 떨어질수록 단면계수(S, section modulus, S=I/c, c: 거리)는 커지고 단면계수가 커질수록 단면에 걸쳐 분포되는 응력인 전단력(shear force, V)과 굽힘모멘트(bending moment, M)의 합력인 합응력(stress resultant)은 증대된다.The most efficient beam mainly depends on the shape of the cross section and the shape that is farthest from the
본 발명은 자동차의 구조용 프레임인 섀시(10)를 상기 이상적인 보에 근접하는 형상의 보를 안출코자 삼겹구조(바깥층+중간층+바깥층)의 샌드위치보 혹은 패널로 제작하되 바깥층(103)은 고강도 재료인 강판, 알루미늄판 등의 판재로, 중간층(102)은 단면에 작용하는 굽힘응력(bending stress)이 중립축에서 가장 먼 곳에서 발생하고 비틀림 하중을 지지하는 전단응력이 단면의 외부 경계근처에 있는 속이 빈 원형관인 세심관(100)을 중간층(core)(102)으로 채택한다.The present invention is made of a sandwich beam or panel of a three-layer structure (outer layer + middle layer + outer layer) so that the
상기 삼겹구조(바깥층+중간층+바깥층) 형상의 샌드위치보는 프레임 혹은 섀시(10)의 바깥층(103)인 판재가 중간층(core)(102)의 재료보다 매우 큰 탄성계수(modulus of elasticity, E)로 굽힘응력은 재료의 중립축(107)으로부터 가장 먼 거리인 표면에 위치하며, 전단력은 두꺼운 중간층(core)(102)인 세심관(100)의 표면으로 넓게 분산되므로 고강성과 고강도를 갖는 샌드위치 보(sandwich beam)의 기능이 발현되어 진다.The three-layer structure (outer layer + middle layer + outer layer) shape of the sandwich beam frame or the
상기 이중대칭 단면을 갖는 세심관(100)의 중간층(102)과 양면바깥층(103) 두 개의 선형 탄성재료로 바깥층+중간층+바깥층을 형성하는 삼겹구조의 샌드위치 보는 바깥층의 두께(tface)가 중간층의 높이(Hcore)에 비해 작으므로, 바깥층(103)이 길이방향의 굽힘응력 전체를 지지하게 되고, 중간층(102)이 전단응력의 대부분을 지지하는 이상적보에 근접하게 된다.The
이상적인 보에 근접하는 샌드위치 보는 한 가지 이상의 재료가 접합되는 합성보(composite beam)로 재료를 절감하고 무게를 줄이는 한편, 재료의 고유한 성질과 관련된 고강도(high-strength) 및 재료의 성질과 기하학적 형상에 관련된 고강성(high-rigidity)의 특성을 갖고 있어 항공과 우주산업 및 일상생활에서 스키, 문, 벽패널, 종이 판지상자와 같은 일상품목들에도 널리 활용되고 있다.Sandwich beams approaching the ideal beam save material and reduce weight with a composite beam in which one or more materials are joined, while maintaining high-strength and material properties and geometric shapes associated with the material's unique properties. Because of its high-rigidity characteristics, it is widely used in daily products such as skiing, doors, wall panels, and cardboard boxes in the aerospace and aerospace industries and in everyday life.
샌드위치보는 녹이 슬지 않고 상대적으로 고강도재료로 된 두 개의 얇은 바깥층(face)(103)과 경량이고 저강도 재료로 된 두꺼운 중간층(core)(102)에 의해 분리되어 있으며 벌집구조와 파형뿐 만아니라 경량의 플라스틱과 포말(foam)이 중간층(102)에 흔히 사용된다.The sandwich beam is not rusted and is separated by two thin outer layers (103) made of relatively high-strength material and thick core (102) made of lightweight and low-strength material. Plastics and foams are commonly used in the
상기의 재료역학적 특성을 감안하여 본 발명은 초경량의 세심관(100)을 중간층(core)(102)의 재료와 형상으로 채택하여 재료를 절감하고 무게를 줄이면서 고강도및 고강성의 특성을 발현하는 한편, 넓게 분포하는 세심관(100)에 에너지원인 배터리(120)를 수납함으로써 배터리의 발열과 폭발의 위험성을 최소화하고 별도 배터리(120) 설치 공간이 필요치 않는 구조적 형상을 시현한다.In view of the material mechanical properties described above, the present invention adopts the ultra-light-
이때, 세심관(100) 사이 빈공간과 세심관(100)과 양면바깥층(103) 사이 공간에는 보조 채움관(101)을 삽입함으로써 전단응력τ의 평탄한 분산, 비틀림과 굽힘강도 향상, 주름(wrinkling)과 축방향 변위인 좌굴(buckling) 발생 공간을 최소화하여 고강성의 특성을 발현시키는 한편, 세심관(100) 사이 공간과 보조 채움관(101)은 배터리 냉각 시스템(14)의 공기 유동통로인 냉각 공기유관(140)으로 활용한다.At this time, by inserting the
보조채움관(101)의 형상치수 산출은 3개원(a,b,c,: 내접원의 반지름)의 접촉원(osculating circles, or "kissing" circles) 혹은 소디원(Soddy circle)(반지름 x)의 크기를 구하는 데카르트 방정식(Descartes' equation)의 해를 구하면 보조 채움관(101)의 반지름x을 구할 수 있으며 상세한 수치는 실시예에서 기술한다.The calculation of the shape dimension of the
다발형 튜브로 형성되는 중간층(102)인 세심관(100)과 보조 채움관(101)은 필러(filler)로 바깥층(face)(103)을 주름이나 좌굴에 대해 안정화시키는 지지역할을 하게 되며, 기하학적으로 표준 WF보의 웨브(web) 높이(h)보다 π배 증가하는 특성으로 세심관(100)과 보조채움관(102)의 단면계수(S)는 WF보(0.35Ah) 보다는 크고, 물리적으로 실현 불가능한 이상보(ideal beam)의 단면계수(S)인 0.5Ah에 근접하는 0.4614Ah를 갖게 된다.The
구체적 수치의 예를 들면 표준 WF보의 단면계수(S)는 약 0.35이며 이상보(ideal beam)의 단면계수(S)는 0.5로 주어지므로 그 비율은 0.7(0.35/0.5)이 되고, 본 발명의 중간층(core)인 세심관은 기하적으로 표준 WF보의 웨브(web)보다 π배 길이를 증가한다. 세심관의 증가된 단면계수(Sx)를 구하면 0.1114[π*Sx/0.5=0.7, Sx=(0.5*0.7)/π = 0.1114]이므로 편평형차대(扁平型車臺, flatform chassis)의 단면계수(Sx)는 기하적 형상(세심관 두께, 접합 방법 등)에 따라 최소 0.35(t가 두꺼울 경우)이상에서 최대 0.4614(0.35+0.1114) 사이의 값을 갖게 됨으로써 표준 WF보 대비 0~31.8[%] 향상된 단면계수를 갖게 된다.As an example of a specific numerical value, the section coefficient S of the standard WF beam is about 0.35 and the section coefficient S of the ideal beam is given as 0.5, so that the ratio becomes 0.7 (0.35/0.5), and the present invention The mesial tube, the core of, increases geometrically by π times the web of a standard WF beam. Finding the increased cross section coefficient (Sx) of the mesial tube is 0.1114 [π*Sx/0.5=0.7, Sx=(0.5*0.7)/π = 0.1114], so the cross section coefficient of the flatform chassis ( Sx) has a value between at least 0.35 (when t is thick) and up to 0.4614 (0.35+0.1114) depending on the geometrical shape (center tube thickness, joining method, etc.), so it is 0 to 31.8 [%] compared to the standard WF beam. You will have an improved section modulus.
이러한 삼위일체형 자동차 구조용 프레임을 “편평형차대(扁平型車臺, flatform chassis)”(10)로 명명하며, 대용량 에너지원인 배터리(120)를 세심관(100)에 수납하면 별도 설치공간 확보가 불필요하고 섀시(10)의 재료와 무게중심을 바퀴구동축(108)의 원점(O) 아래로 낮추어 안정성을 확보하는 한편 체적대비 관성 모멘트(I)와 인장, 비틀림, 굽힘, 압축 등의 전단응력 증대와 재료비 절감 및 차량 디자인의 자유도를 확보할 수 있게 된다. The frame for the trinity vehicle structure is referred to as a “flatform chassis” (10). If the
실시예 1, “표준형”의 편평형차대(扁平型車臺)형상Example 1, “Standard” flat-shape chassis shape
본 발명의 제1측면은 자동차 구조용 프레임인 섀시의 표준적인 단면형상에 관한 것으로 도 2는 삼겹구조 섀시의 단면 확대도, 도 3은 통합형 또는 삼위일체형 편평형차대의 평면도, 도 4는 편평형차대의 측면과 단면형상도, 도 5는 편평형차대와 세로형 테두리보의 단면도(A선), 도 6은 편평형차대 가로형 테두리보의 단면도(B선), 도7은 편평형차대 보강용 비드부의 단면도, 도 8은 편평형차대 모터부의 단면도를 예시한다.The first aspect of the present invention relates to a standard cross-sectional shape of a chassis that is a frame for a vehicle structure. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a three-ply structured chassis, FIG. 3 is a plan view of an integrated or trinity flat chassis, and FIG. 4 is a side view of the flat chassis And cross-sectional shape, FIG. 5 is a sectional view (A line) of a flat chassis and a vertical rim beam, FIG. 6 is a sectional view (B line) of a horizontal rim beam, and FIG. 7 is a sectional view of a bead portion for reinforcing a flat chassis, FIG. Illustrates a cross-sectional view of the flat undercarriage motor section.
이하 용어에 있어서, 편평형차대(10)는 배터리부(12)와 모터부(13) 및 자동차의 구조용 프레임이 일체화되는 통합형 섀시(10)를 통칭하고, 프레임은 배터리가 수납되는 세심관(100)과 보조채움관(101)의 중간층(core)(102), 모터부가 수납되는 양정현파중공관(106), 보강용비드부(105), 양면바깥층(103), 테두리보(106)의 부재로 형성되는 삼위일체형 구조용 기본 뼈대 혹은 틀(frame)을 의미한다.In the following terms, the
즉, 편평형 차대는 파워트레인인 배터리와 모터가 수납되고 격납되는 일체형의 섀시(차대)를 의미하고, 프레임(frame)은 섀시의 하위구조로 파워트레인이 없는 단순한 기본적인 뼈대(틀)로 세심관, 보조채움관, 양정현파중공관, 보강용비드부, 양면바깥층, 테두리보의 부재로 형성되는 구조물을 의미한다. That is, the flat chassis refers to an integrated chassis (car chassis) in which power train batteries and motors are stored and stored, and the frame is a substructure of the chassis and is a simple basic skeleton (frame) without a power train. Refers to a structure formed of an auxiliary filling pipe, a positive sine wave hollow pipe, a reinforcing bead portion, a double-sided outer layer, and a member of a border beam.
섀시(10)와 같은 차량 구조물은 차량 구조물의 형태, 사용되는 재료, 지지되는 하중, 주변 환경조건과 비용 등의 요소와 차량 상부의 압축력과 하부의 인장력의 합력인 굽힘응력을 견디는 한편, 자동차의 무게를 최소화하고 재료를 절감하기 위해 최소 단면적을 갖는 것이 바람직하므로 결국 섀시를 설계함에 있어 단면의 기하학적 형상이 가장 중요하다. The vehicle structure such as the
통상적으로 차대(섀시)는 차체(보디)를 제외한 나머지 부분으로 파워트레인과 조향 장치, 서스펜션, 구동축을 포함한 주요 부속품과 이를 지탱하기 위해 제작된 프레임을 총칭하며, 주행 중에 받는 노면의 충격이나 하중에 의한 굽힘, 비틀림, 진동 등에 충분히 견딜 수 있는 강도(strength)와 강성(rigidity)이 요구되며, 연비향상을 위해 가볍고 재료 가격은 저렴하고 제조 생산성이 높아야 한다.Typically, the chassis (chassis) is the rest of the body (body), and includes the main accessories including the power train, steering system, suspension, and drive shaft, and the frame designed to support them. Strength and rigidity that can sufficiently withstand bending, torsion, and vibration caused by it are required, and to improve fuel efficiency, it is lightweight, the material cost is low, and the production productivity must be high.
자동차 섀시(10)는 재료역학적으로 보(beam)와 같은 기능으로 보가 압력을 못 이겨 부러지는 힘인 전단력(shear force)과 굽힘 모멘트(bending moment), 응력(stress), 변형률(strain) 및 처짐(deflection) 등을 구하는 이상화된 모델링으로 최적의 프레임 형상(태양)과 제조 방법 등을 안출하여 실제 산업상 이용 가능케 하는 수단들을 제공하는데 있다.The
본 발명의 기본적 프레임의 형상은 속이 빈 세심관(細心管)(100)을 수평면으로 3단 이상 다단 육방격자형으로 집속하고 세심관(100) 사이공간을 보조 채움관(101)으로 더욱 촘촘히 보강한 묶음형의 두꺼운 중간층(core)(102)을 형성하며, 재료역학적 단면계수(S)는 대략 0.4614Ah로 표준 WF보의 0.35Ah 보다는 크고 이상보(ideal beam)의 0.5Ah에 근접하는 고강도와 고강성의 특성을 발현하는 샌드위치보를 시현할 수 있다. The shape of the basic frame of the present invention focuses on the hollow
두꺼운 중간층(core)(102)을 형성하는 속이 빈(hollow) 세심관(100)은 두께 1t(t=1mm) 이하인 경량과 비교적 저강도의 알루미늄, 녹이 슬지 않는 강인 스테인레스강, 플라스틱 혹은 탄소섬유 등의 소재로 제작된 경제적이고 산업현장에서 널리 활용되고 있는 튜브의 활용이 가능하다.The hollow
상기 중간층(102)을 형성하는 방법은 세심관(100)을 육방격자형으로 3단 이상 다단 집속할 때 접합제나 납땜(bond), 용접(weling) 등의 방법으로 중간층(core)(102)을 제작하여 자동차 구조용 프레임인 섀시(10)의 중간층(102)으로 삼으면 샌드위치보의 필러(filler)와 동일한 특성을 발현하여 양면 바깥층(102)을 주름이나 좌굴로부터 안정화시킨다.The
더욱 개선된 대량생산 방법은 실시예3의 직렬모터부(130)를 격납하는 양정현파중공관(104)을 포함한 이중 대칭 단면(y, z축)의 기본 프레임제작공정으로 용융 알루미늄을 형상 금형(dies)에 가압 주입하는 다이케스팅(die-casting)이나 압출(extrusion)가공 혹은 엔지니어링 플라스틱으로 사출성형(Injection Molding)하는 제조공법은, 통짜 형상의 중간층을 대량생산할 수 있는 제조방법으로, 중간층(102)의 기하학적 형상을 개선함으로써 섀시의 강성(rigidity)을 높이고 접합공정을 제거하기 때문에 생산성 측면에서 더욱 바람직하다.A further improved mass production method is a basic frame manufacturing process of a double symmetrical cross section (y, z axis) including a positive sine wave
한편, 섀시(10)의 표면은 고강도 재료로 녹이 슬지 않는 스테인레스 강판은 2mm 이상, 알루미늄 합금판 혹은 엔지니어링 플라스틱판은 4mm 이상의 판재로 양면바깥층(face)(103)을 형성하면 재료가 중립축으로부터 가장 먼 거리에 위치하여 굽힘응력이 최대로 되고 전단력은 두꺼운 중간층(core)(102)인 다중집속된 세심관(100)의 표면으로 흘러 넓게 분산되므로 샌드위치 보(sandwich beam)의 기능이 발현되어 진다.On the other hand, the surface of the
상기 구조에서 양면 바깥층(face)(103)은 재료의 중립축(107)으로부터 가장 먼 거리에 위치하여 굽힘응력이 최대로 나타나는 이상적인 보(ideal beam)의 바깥층(face)의 기능을 갖게 되고 속이 빈(hollow) 세심관(100)은 중간층(102)인 필러(filler)로 작용하여 바깥층(face)(103)의 주름(wrinkling)이나 좌굴(buckling)을 억제하는 지지층의 역할을 수행하는 샌드위치보 형상의 프레임 혹은 플랫폼을 구성하여 다수의 표준 원통형 배터리(120)를 수납한다.In the above structure, the double-sided
또한, 섀시(10)의 세로방향 중앙 중심축선상에는 속이 빈(hollow) 주름관(corrugated cylinder)인 양정현파중공관(陽正弦波中空管, positive sinusoidal hollow cylinder)(104)을 안치하여 동력원인 모터부(13)를 프레임 내부에 격납함으로써, 에너지원인 배터리부(12), 동력원인 모터부(13), 자동차의 구조용 프레임인 섀시부(10)가 하나로 통합되는 삼위일체형의 통합형 편평형차대(10)를 제공한다.In addition, a positive sinusoidal
상기 양정현파중공관(104)은 삼각함수 파형인 정현파(sinusoidal)의 마루, 즉 y=sin(x)의 그래프에서 x의 값이 0에서 π까지 변할 때의 그래프가 반복되는 전파 정류(full wave rectifier)한 형상을 갖는 주름관을 채택하면, 재료 역학적으로 비틀림이나 굽힘 강도를 더욱 향상시키고 동일 체적 대비 편평관보다 π배 확장되는 단면적으로 주름과 좌굴을 방지하며, 개선된 인장, 비틀림(Torsion), 굽힘, 압축 강도를 향상시킬 수 있으며 그 상세한 내용은 실시예3에 상술한다.The sine wave
이때, 양정현파중공관(104)과 중간층(102)인 세심관(100)의 배열방향인 세로방향과 직교하는 가로방향의 보강용 비드부(105)를 덧대어 플러스(+)자 형상의 비드부를 형성하면, 섀시(10) 윗부분의 압축과 아랫부분의 인장강도를 크게 하여 가로방향(z축)의 굽힘응력(bending stress)에 저항하는 굽힘강도(flexural rigidity)를 크게 함으로써, 자동차에 작용하는 외력인 하중과 부하를 지탱하는 섀시(10)의 강성(rigidity)을 한층 더 보강할 수 있으며 그 위치는 전륜구동축(108), 후륜구동축(108), 전후의 시트안치부(117) 등에 배치한다.At this time, a positive (+)-shaped bead is padded with a reinforcing
보강용 비드부(105)는 원 위의 두 점을 이은 선분과 두 점을 연결하는 호로 이루어진 도형인 활꼴(circular segment)형상의 단면을 가지는 부재 내부에 길이 방향으로 4개소의 원통 실린더와, 또한 길이 방향의 3열로 복수개의 비드 너트부를 구비하는 삼열의 접합개소부로 이루어지는 삼열사공(三列四空)의 구조를 제공하여, 차체(보디)와 부속장치를 접합할 때 상하부 보강용비드부 내부 8 개소의 원통실린더(105a)에 중공원형보를 삽입하여 지지점을 확보하고, 상하부 6열로 배열되는 비드 너트부(105b)에 복수개의 볼트로 체결하여 접합한다.The reinforcing
이러한 6열의 비드 너트부(105b) 체결과 8개소 원통실린더(105a)에 지지점을 확보하는 이중 삼열사공(三列四空)체결방법은 핀이나 볼트 등의 체결장치가 세심관(100)을 관통하지 않게 하고 구멍이나 노치(notch) 등에서 발생되는 응력집중과 국부응력을 활꼴 형상의 양면 바깥층(103)과 보강용비드부(105)를 경유하여 섀시부(10) 전체면으로 분산시킬 수 있는 개선된 방법으로 하중과 굽힘응력이 집중되는 바퀴구동축(108), 전륜(113), 후륜(114), 조향과 현가장치(115), 대시보드안치부(116) 등의 개소가 바람직하다.In the six-row
상기 보강용비드부(105)는 세로방향 세심관(100)의 중간층(102)을 가로방향으로 보강함으로써 하중과 굽힘응력을 양면바깥층(103)과 보강용비드부(105) 및 세심관(100)으로 고르게 분산하여 지지하고, 바깥층(103)인 판재를 굴곡지게 가공하여 전체 중간층(102)을 양면에서 접합하면 바깥층+중간층+바깥층 삽겹구조의 샌드위치보의 특성을 발현하는 자동차 구조용 프레임인 섀시부(10)를 형성하게 된다.The reinforcing
양면 바깥층(103)인 판재는 경량화를 유지시키면서 높은 강성을 유지할 수 있는 소재이나 판구조물의 강성(rigidity)을 더욱 높이기 위해 양정현파중공관(106)과 보강용 비드부(105)의 형상에 대응하는 굴곡부(bead)를 넣어 인장 또는 압축응력과 굽힙응력 및 전단응력을 높여 구조물의 강도를 증가시키며 본 발명의 다수 세심관(100)으로 형성되는 중간층(core)(102)과 조합하면 보다 고강도(high-strength) 및 고강성(high-rigidity)의 샌드위치보를 형성한다.The double-sided
또한, 섀시부(10)의 전후좌우 측면의 가장자리는 재료역학적으로 단면계수(S)가 0.35Ah인 WF보(wide flange beam) 형상으로 굽힘응력에 저항하는 플랜지와 전단응력에 저항하는 웨브(web)를 갖는 테두리보(106)를 구비하되, 프레임 좌우측면의 세로방향 양면바깥층(103)은 세로형 테두리보(106A)의 한 측면에 삽입하고 테두리보(106)의 플랜지와 프레임의 양면바깥층(103)의 경계면을 용접(158)으로 접합하되, 필릿용접(fillet weld), 플러그 용접(plug weld), 겹치기 용접 이음(lap weld joint) 등으로 마감처리하여 섀시(10)의 가장자리를 보강한다.In addition, the edges of the front, rear, left, and right sides of the
프레임이 삽입되지 않는 세로형 테두리보(106A)의 다른 한 측면은 바퀴 구동축(108), 조향과 현가장치 안치부(115), 펜더부와 바디 지지부(11) 등을 잔류변형이 없는 리벳(rivet)이나 볼트(157), 용접(158) 등의 방법으로 자동차 차체(body)와 접합하되 3열의 비드 너트부(105b)와 4개소 원통실린더(105a)를 갖는 보강용 비드부(105)를 활용하여 상하부 8개소의 원통실린더(105a)에 중공원형보를 삽입하여 지지점을 확보하고, 상하부 6열로 배열되는 비드 너트부(105b)에 복수개의 볼트를 체결하여 접합하는 이중 삼열사공(三列四空)의 체결과 접합으로 부속장치와 차체(보디)를 접합하여 하중과 굽힘응력을 폭넓게 분산시키는 것이 바람직하다.The other side of the
상기 세로형 테두리보(106A)의 플랜지와 웨브의 사이의 바깥쪽 빈 공간(106x)은 섀시부(10)를 일주하는 형상을 갖게 되므로 차체(보디)의 각종 전장장치(126)와 충전소켓 등에 필요한 배선이나 배관공간으로 활용하고, 열린 단면 보(open cross section beam)나 프로파일 단면(profile sectionns)인 ㄷ자 형상의 채널 보(109)를 보강하여 마감하면 전기자동차의 구조용 프레임인 섀시(10)의 세로방향 좌우 측면부를 완성할 수 있다.The outer
한편, 세심관(100)이 종단되는 프레임 전후의 가로형 테두리보(106B)는 보닛과 앞범퍼 안치부(118), 트렁크와 뒷범퍼 안치부(118), 배터리부(12)와 모듈인출구(124), 냉각시스템(14)의 냉각공기유관(140)과 공기 흡입구(141)와 공기배기구(142) 등의 배선과 배관망을 구성하는 공간으로, 테두리보(106) 한 측면의 플랜지 부분을 연장하여 프레임의 양면바깥층(103)과 접합하여 지지부를 확보하며, 가로형 테두리보(106B)의 플랜지와 웨브사이 내측공간(106z)은 냉각공기유관(140)을 공기흡입구(141)나 공기배기구(142)로 분기하고, 배터리소켓(122)과 배터리모듈(121) 및 배터리콘센트(123)에서 출선되는 +/- 단자를 집속하여 주배전교환시스템(125)이나 전장장치(126) 등으로 결선하여 전원회로를 구성함으로써 섀시외부로 배선이나 배관이 돌출되지 않도록 한다. On the other hand, the
가로형 테두리보(106B)의 외측공간(106y)은 세로형 테두리보(106A)의 외측공간(106x)과 함께 섀시(10) 외부를 일주하는 형상을 갖게 되므로 충전소켓, 등화장치, 조명기기, 게이지, 경음기, 센서류, 와이퍼, 냉난방장치 등의 전장장치를 구동하는 배선(하네스 케이블)이나 배관(덕트)을 안치하는 공간으로 활용하며, 케이블과 배관을 플랜지와 웨브사이 외측공간(106x)에 안치한 후 ㄷ자 형상의 채널보(109)를 부가하면 두 개 이상의 재료가 결합되는 조립보(build-up beam)를 형성한다.The
상기 조립보는 테두리보(106)의 플랜지와 웨브 및 채널보(109)의 플랜지와 웨브가 볼트(157), 용접(158) 또는 리벳으로 접합되어 상자형 보(box beam)를 형성하므로, 전단흐름을 테두리보(106)와 채널보(109)의 모든 단면으로 분산시켜 굽힘응력과 전단응력에 저항하고 케이블과 파이프가 외부환경에 노출되지 않도록 하는 것이 더욱 바람직하다.In the assembly beam, the flange and web of the
이러한 가로방향으로 직교하는 보강용 비드부(105)와 WF보 형상의 테두리 보(106) 및 채널 보(109)의 부재 보강은 차량의 부속장치를 섀시에 장착할 때 핀이나 볼트를 통해 전달되는 노치(notch, 키홈, 단이 진 부분 등)와 구멍(hole)에서 발생되는 응력집중(stress concentration)의 국부응력을 섀시(10) 전체면으로 분산시켜 피로파괴(fatigue failure)나 점진적 파단(progressive fracture)을 예방하고 차대(보디)를 고정하는 접합개소를 제공하는 유용한 수단이다.Reinforcement of the members of the
차량 구조물의 거동은 재료의 성질과 하중의 특성에 좌우되며 점진적으로 오랜 시간 동안 작용하고 천천히 변화하는 정하중(static load)과, 갑자기 가해지거나 제거되는 충격하중(impact load)과 오랜 시간동안 가해지며 지속적으로 강도가 변하여 여러 사이클 동안 반복 작용하는 하중인 반복하중(repeated load)의 동하중(dynamic load)이 있다.The behavior of a vehicle structure depends on the properties of the material and the properties of the load, and it acts gradually for a long time and slowly changes, and a load that is suddenly applied or removed and an impact load that is applied or removed for a long period of time. There is a dynamic load of a repeated load, which is a load that changes in strength and acts repeatedly for several cycles.
충격하중(impact load)은 차량이 움직이지 않는 구조물에 부딪치거나 차량간 충돌시에 발생하는 하중으로 충격이 일어나는 동안 에너지는 열을 발생시키고 국부소성변형을 일으키며, 응력집중을 초래하는 구멍과 홈과 같은 형상의 구조물은 충격에 매우 약하며 정하중과 지속적인 반복하중을 받게 되면 재료 자체가 연성이 있더라도 사소한 충격으로 파단될 수 있어 형상과 구조 설계에 유의하여야 한다.An impact load is a load generated when a vehicle hits a stationary structure or impacts between vehicles. During impact, energy generates heat, causes local plastic deformation, and holes and grooves that cause stress concentration. Structures of the same shape are very vulnerable to impact, and when subjected to constant loads and constant cyclic loads, the material itself may rupture with minor impacts even if it is ductile.
도 2, 5, 6, 7, 8을 참조하여 21700 표준 원통형 배터리 셀(120) 기준 편평형차대(10)의 형상치수를 산출하면, 배터리가 수납되는 세심관(100)은 외경-25mm(R=12.5mm), 내경-23mm, 두께-1mm, 3층으로 집적되는 세심관(100)의 중간층(102) 높이는 2개소의 육방격자형 집적높이(R*1-[(√3-1)])인 6.6987mm(3.3493mm*2)를 3층 세심관의 높이 75mm(25mm*3)에서 뺀 68.3012mm(75mm-6.6987mm)를 중간층의 높이(hcore)로 삼으며 자동차 구조용 프레임인 섀시의 요구조건에 따라 4단과 5단 혹은 그 이상으로 다단 집속할 수 있으나 본 실시예서는 3단 적층을 기준으로 삼는다.Referring to Figures 2, 5, 6, 7, 8, when calculating the shape dimensions of the flattened
한편 보조 채움관(101)의 경우 의 데카르트 방정식의 해x를 구하면, 세심관(100)과 세심관 사이의 보조 채움관(101)은 외경 3.86mm, 세심관과 바깥층(직선: 곡률 0) 사이의 보조 채움관은 외경 6.25mm, 세심관(100)과 테두리 비드부(106)의 웨브에 연접하는 보조 채움관(101)은 외경 12.5mm를 표준 형상치수로 삼는다.Meanwhile, in the case of the
동력원인 모터부(13)를 격납하는 양정현파중공관(104)은 중간층(core)(102) 높이 68.3012mm(hcore)의 2배 이상 치수로 직렬모터(130)의 외경반지름(60mm)과 충격절연용패드(139)의 삽입공간(10mm) 및 주름관의 두께(2mm)를 더한 외경 반지름 72mm로 주름개수가 36개인 속이 빈 주름관인 양정현파중공관(106)을 안치하여 중공축 직렬모터(130)를 격납한다.The positive sine wave
활꼴(circular segment)형상의 단면을 가지는 부재인 보강용 비드부(105)의 형상치수는 중공관의 외경반지름(72mm)과 재료의 중심축(107) 기준의 중간층(102)의 거리인 37.8494mm(72mm-34.1506mm)의 돌출높이를 갖게 되고 원형 세그먼트(circular segment)를 구하는 공식에 대입하면 현(chord)길이(a=2√R²-r²)-126.77mm, 호(arc) 길이(S=Rθ)-155.03mm, 각도-123.37°의 치수를 갖고 중간층(core)(102)과 직교하는 방향으로 섀시부(10)를 보강한다.The shape dimension of the reinforcing
그리고 중간층(102)의 표면(face)인 양면 바깥층(103)의 판재는 재질이 스테인레스일 경우 2mm 이상, 알루미늄 합금판 혹은 엔지니어링 플라스틱판은 4mm 이상의 값을 갖는 판재를 양정현파중공관(106)과 보강용 비드부(105)의 형상에 상응하는 굴곡진 형상으로 성형 혹은 프레스 가공하여 두꺼운 중간층(102)과 용접 등의 방법으로 접합하여 기본 섀시패널을 형성한다.And the plate material of the double-sided
편평형차대(10)의 가장자리에 위치하는 WF보 형상의 테두리보(106)는 굽힘응력에 저항하는 플랜지와 전단응력에 저항하는 웨브(web)웨브의 두께는 5mm 이상으로 하되 재질이 스테인레스일 경우 5mm 이상, 알루미늄일 경우 10mm 이상, 상기 플랜지의 폭은 100mm 이상으로 하되 재질이 스테인레스일 경우 100mm 이상, 알루미늄일 경우 150mm 이상, 상기 웨브의 높이는 재질이 스테인레스일 경우 72.3012mm 이상, 알루미늄일 경우 76.3012mm 이상의 치수를 갖는 것이 바람직하다.The WF beam-shaped
상기 편평형차대(10)의 바람직한 실시예를 정리하면, 속이 빈 두께 1mm 이하의 세심관(100)을 수평면으로 3층 육방격자형으로 집적한 다중 세심관의 중간층(core)(102)[H: 68.3012mm]과 보조 채움관(101), 세로방향 중앙축선상에는 동력원인 직렬모터(130)를 격납하는 양정현파 중공관(104)[D: 144mm], 중공관과 세심관(100)에 직교(+)하는 가로방향 보강용 비드부(105)를 양면바깥층(103)의 판재가 표면(face)이 되는 샌드위치(sandwich) 패널을 형성한다.Summarizing the preferred embodiment of the
그리고, 패널 가장자리부를 WF보 형상의 테두리보(106)로 마감하여 표준적인 섀시부(10)를 완성하며, 이때의 샌드위치 패널부의 높이(두께)는 72.3012mm 이상, 모터부와 보강용 비드부의 높이(두께)는 148mm(144mm+2mm+2mm) 이상이 되고 패널에서 돌출되는 활꼴 부분의 높이는 37.8494mm가 되어 섀시의 위쪽 압축응력과 아래쪽 압축응력에 저항하고 차체(보디)를 고정하는 접합개소를 제공한다.Then, the edge portion of the panel is finished with a WF beam-shaped
실시예 2. 베터리모듈 실장방법과 주배전교환시스템(MDSS)Example 2. Battery module mounting method and main distribution switch system (MDSS)
실시예 2는 실시예 1의 기본형 샌드위치보의 세심관(100)에 실장하는 에너지원인 베터리 모듈(121)의 조립과 실장 방법 및 배전교환 등에 관한 실시예를 도9의 배터리부 형상도, 도 10의 배터리부 소켓과 콘센트 형상도, 도11의 주배전교환시스템(MDSS) 블록도를 참조하여 열거한다.Example 2 is an example of the assembly and mounting method of the
본 발명은 대량생산으로 높은 원가 경쟁력과 고용량 특성을 갖는 21700 표준 원통형 배터리 셀(21mm*70mm)(120)을 섀시(10)의 중간층(102)인 세심관(100)에 직렬수납하는 방식의 배터리 모듈(121)을 구성하며, 이때 배터리 소켓(122)을 구비하여 개별 배터리 셀(120)을 배터리소켓(122)에 실장하고 소켓을 세심관(100)에 수납하는 안전수납 방식을 채택한다.The present invention is a battery of a type in which the 21700 standard cylindrical battery cell (21mm*70mm) 120 having high cost competitiveness and high capacity characteristics in mass production is serially stored in the
전기자동차 원가의 약 40%를 초과하는 이차전지는 주행거리와 출력 등 주요 성능을 결정하며 배터리 상황을 모니터링하고 충전 및 방전 관리 기능, 밸런싱 기능, 이상상황 발생을 판단하여 보호하는 기능 등의 배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System)(129)은 배터리 상태의 최적화를 통하여 효율성을 향상시키고 기능적 안정성을 확보하여주는 기술로 전기자동차와 전력저장장치(ESS) 분야에서 매우 중요하다.Secondary batteries, which exceed about 40% of the cost of electric vehicles, determine the main performance such as mileage and output, monitor the battery status, manage the charging and discharging function, balancing function, and function to judge and protect the occurrence of abnormal conditions to protect the battery The system (BMS, Battery Management System) 129 is a technology that improves efficiency and secures functional stability through optimization of battery status, and is very important in the field of electric vehicles and power storage (ESS).
또한 차량 시스템의 성능 및 안전성 개선을 위해서는 차량 시스템을 더욱 간소하게 구성하고, 안전성 문제로 제한을 두었던 전압, 전류, 온도 등의 사용 제한 폭을 완화하기 위해서 단위 전지 셀과 모듈 단위에서의 용장성(冗長性)과 안전성 확보가 필요하다.In addition, in order to improve the performance and safety of the vehicle system, the vehicle system is more compactly configured, and redundancy in unit battery cells and module units in order to alleviate the limit of use such as voltage, current, temperature, etc. It is necessary to secure longevity and safety.
본 발명이 특정하는 베터리모듈(121)의 실장방법은 충전이나 교환 혹은 추가설치 등을 고려하여 양측 사이드측 배터리 수납공간(112)은 기본형 수납공간인 기저전원(基底電源, Basis power)모듈로 활용하고, 센터측 배터리 수납공간(111)은 수시로 탈착(脫着)이 가능한 중간전원(Intermediate power) 혹은 첨두전원(Peak Power)용 모듈로 활용하는데 있다.The mounting method of the
베터리셀(120)을 수납하는 세심관(100)의 자름은 외경 25mm(내경 23mm), 두께 1mm의 알루미늄, 스테인레스강 혹은 플라스틱 튜브로, 배터리 소켓(122)은 외경22.5mm(내경 21.5mm), 두께 1mm의 불연성 플라스틱 재질로 내경 표면에 마이너스(-) 단자 띠 형태의 소켓리드선(159)을 구비하거나 두 겹의 얇은 튜브 사이에 구리 박막을 도포하여 소켓리드선(159)을 형성하는 방법이 바람직하며, 배터리 콘센트(123)를 통하여 주배전교환시스템(125)에 연결되는 배터리모듈(121) 회로를 구성한다.The diameter of the
배터리모듈(121) 구성은 도3과 같이 섀시의 축선방향 길이가 상이하므로 센터측 배터리 수납공간(111)과 사이드측 배터리수납공간(112)을 구분하여 배터리 모듈을 구성하며, 배터리모듈(121)을 새시(10)의 중간층인 세심관(100)에 수납하는 방법은 배터리의 장전과 교체 및 점검을 위한 인입과 인출을 섀시(차대)나 보디(차대)를 해체하거나 분해하지 않고 전후방 가로형 테두리보(106B)와 채널보(109)만 분해하여 간편하게 수행할 수 있는 진보성을 가지게 된다.The configuration of the
특히 첨두전원(Peak Power)용 모듈로 활용하는 센터측 배터리 수납공간(111)의 배터리 모듈(121)은 더욱 손쉽게 탈착(脫着)이 가능하도록, 섀시 전후 테두리 비드부(106B)와 채널 보(109)에 시건장치를 구비한 탈착용 인입부를 선택사양으로 구비하여 차량 출고 후 배터리 추가와 교체 및 사후 서비스 제공의 편의성을 증진하고, 배터리 충전을 모듈(121) 단위로 탈착하여 수행하거나 충전교환 서비스의 비즈니스 모델을 도입할 수 있다.In particular, the
이때, 배터리모듈(121) 탈착용 인입부는 전후방 테두리비드부(106B)의 웨브(156)에 배터리 모듈(121)의 직경과 같은 크기의 모듈인출구(124)와 모듈마개부(128)를 웨브의 두께와 동일하게 너트와 볼트형으로 제작하여 나사(screw)방식의 체결구조를 갖게 하면 배터리 모듈(121)을 수납한 후 마개부(128)를 웨브의 모듈인출구(124)에 되메우는 방식으로 웨브의 응력집중도를 개선한다.At this time, the
상기 배터리모듈(121)은 배터리소켓(122)과 배터리 콘센트(123)의 플러스(+)단자와 마이너스(-)단자가 요철(凹凸)형으로 체결되어 전원관리시스템(125)과 성형(star)방식으로 전원에 결선되며, 개별 콘센트(123)는 전원부의 주배전교환시스템(Main Distribution & Switching System, MDSS)(125)에 접속하여 배터리관리시스템(BMS)(129)와 중앙처리장치(CPU)의 통제로 충전과 방전, 회로차단, 센서신호(온도, 과전류, 과전압 등) 감지 등을 각기 모듈별로 제어하게 함이 바람직하다.The
본 발명의 배터리 모듈(121)을 표준적인 중형 승용차와 21700 표준 원통형 배터리(21mm*70mm, 3.7V, 4.5 Ah)를 기준으로 계산하면 센터측 배터리수납공간(111)의 배터리모듈(121)은 102개 모듈(34모듈*3층개, 102*42셀=4,284셀)로 각 모듈당 42개 셀(300Cm/7=42셀)의 직렬접속으로 출력전압은 155.4V(42*3.7V)가 되며, 사이드측 배터리 수납공간(112)의 배터리모듈(121)은 72개 모듈(12 모듈*3층*좌우 각 1개, 72*26=1,872셀)로 각 모듈당 26 셀(182Cm/7=26셀)의 직렬접속으로 출력전압은 96.2 V(26셀*3.7V)가 되는 전원부는 총 174개(102+72) 모듈과 6,156개(센터-4,284 개 + 주변-1,872 개) 단위 셀로 전원부를 구성하여 최대 102.497 kWh(6,156개*3.7V*4.5Ah)의 용량을 갖게 되므로 1kWh당 5km 주행시 512km, 8km 주행시 820km의 주행거리를 갖게 된다.When the
상기 주배전교환시스템(MDSS)(125)은 N개의 입력과 M개의 출력선이 스위치로 연결되어 N×M개의 스위치 소자인 메트릭스 컨버터회로(matrix converter circuits)인 양방향 전력변환(Matrix Switching)기능을 갖는 전력용반도체소자(Power Semiconductor Devices, PSD)로 구성하여 스위칭 속도의 고속화, 고전압과 대전류 구동으로 고출력화와 제어회로를 단순화하는 것이 바람직하다.The main distribution switch system (MDSS) 125 has N input and M output lines connected to a switch to perform a bi-directional power switching (Matrix Switching) function of matrix converter circuits, which are N×M switch elements. It is desirable to consist of Power Semiconductor Devices (PSD), and to increase the switching speed and to simplify the high output and control circuit by driving high voltage and high current.
주배전교환시스템(MDSS)(125)은 차량의 배터리관리스템(BMS), 중앙처리장치(CPU)의 제어명령으로 스위치소자를 개폐하여 개별 배터리모듈의 충전과 방전, 직병렬 회로를 구성하는 한편 모터 구동전원과 회생제동기능과 각종 전장장치(電裝裝置)의 전원공급 회로를 구성하는 핵심요소로 자동차의 안전운행을 위해 두 개(A/B)의 이중화된 듀플렉스(Duplex)체계의 병렬운전인 탠덤(Tandem)방식의 무정지(Fault Tolerant)시스템으로 운용함이 더욱 바람직하다. The main power distribution exchange system (MDSS) 125 opens and closes a switch element with control commands of the vehicle's battery management system (BMS) and central processing unit (CPU) to configure charging and discharging of individual battery modules, and parallel and parallel circuits. It is a key element that composes the motor driving power, regenerative braking function, and power supply circuits of various electric devices. In parallel, two (A/B) dual duplex systems are operated for safe operation of the vehicle. It is more preferable to operate with a tandem-type fault tolerant system.
상기 주배전교환시스템(MDSS)(125)의 실제 산업응용은 배터리 모듈(121), 충전회로부(127), 모터부(13), 인버터 및 컨버터, 스마트카 인포테인먼트(Infotainment), 조향장치, 제동장치, 가속장치, 등화장치, 계기판(dashboard), 자율주행 시스템, 배터리관리시스템(BMS), 차량중앙처리장치(CPU) 등 모든 전장장치(電裝裝置)(126)의 구동전원 공급과 상호접속 및 전원회로의 절체접속과 유지보수 접속점을 제공하는 분배함으로 기능하며, CPU와 BMS 등 제어시스템과 데이터 통신으로 개별 배터리모듈(121)을 제어토록 하는데 있다.The actual industrial application of the main power distribution exchange system (MDSS) 125 includes a
자동자의 긴 수명과 배터리의 수명(life cycle)동안 충방전이 수시로 발생하는 점을 고려할 때 배터리의 모듈별 실장은 물리적으로 모듈별 분리운영(예; 모듈별 방전 순서지정, 회생제동용 베터리 모듈 지정 등)이 가능함으로써 잘 설계된 주배전교환시스템(MDSS)(125)은 배터리셀(120)의 충전과 방전 횟수를 줄여 고가 배터리의 수명을 연장할 수 있는 중요한 요소기술로 전기자동차의 운행비용 혹은 총소유비용(TCO)을 절감할 수 있는 도구로 활용할 수 있다.In consideration of the long life of the autonomous and charging and discharging at any time during the life cycle of the battery, the mounting of each module of the battery is physically separated and operated by modules (for example, the order of discharge for each module, the designation of the battery module for regenerative braking) The well-designed main power distribution exchange system (MDSS) 125 is an important element technology that can extend the life of expensive batteries by reducing the number of charges and discharges of the
예로서 모터(13)구동과 전장장치(126) 전원 공급을 모듈별로 모터와 전장회로 등의 방전회로에 순차적으로 직렬 할당하면 배터리 방전 횟수를 대폭 줄이고 과방전과 과충전을 배터리모듈(121)별로 제어하여 보호할 수 있어 병렬 할당 방식에 비해 배터리셀(120)의 수명(life cycle)을 대폭 연장할 수 있게 된다.For example, if the driving of the
또한, 충전시에도 방전된 모듈만 충전회로부(127)에 접속하여 반복되는 충전 횟수를 대폭 줄여 개별 모듈의 배터리셀(120) 수명을 연장함으로써 장기간의 운용지출(OPEX, Operating Expenditure)비용과 자동차 소유기간의 총소유비용(Total cost of ownership, TCO)을 줄이는 한편, 급속충전과 완속충전의 소요시간 단축하여 운전자의 불편해소와 편의를 증진할 수 있다.In addition, only the modules that are discharged during charging are connected to the charging
현재 82% 운전자의 하루 자동차 평균 주행거리는 64km이며, 51%는 30km 이내로 전지의 용량과 기술 발전 속도를 고려할 때 충전 인프라만 갖추어진다면 BEV나 PHEV의 확산이 가속되리라는 것을 예측할 수 있으므로 본 발명의 분리형 배터리 모듈(121)과 실장방법은 고가의 배터리셀(120)을 운전자의 수요에 맞추어 초근거리, 근거리, 중거리, 장거리, 초장거리 등으로 조합할 수 있다. Currently, the average mileage of 82% drivers per day is 64 km, and 51% is within 30 km. Considering the capacity of the battery and the speed of technological development, it can be predicted that the diffusion of BEV or PHEV will be accelerated if only the charging infrastructure is equipped. The
또한 자동차와 전지(배터리)를 분리하는 유통 채널은 자동차 초기 구매가격을 획기적으로 낮추어 소비자들이 필요시 배터리를 추가로 구매하거나 임대하여 비용부담을 낮추거나, 배터리 충전소, 주차장, 편의점 등의 서비스 업소에서 충전된 배터리를 대여하거나 교환하여 탈착(脫着)할 수 있는 배터리 모듈실장 방법은 충전대기 시간을 획기적으로 단축하는 등의 다양한 비즈니스 모델의 채용이 가능하다.In addition, the distribution channel separating the car from the battery (battery) dramatically lowers the initial purchase price of the car, reducing the cost burden by purchasing or renting additional batteries if necessary, or at service stores such as battery charging stations, parking lots, and convenience stores. The battery module mounting method, which can be detached by renting or replacing a charged battery, can employ various business models such as dramatically shortening the charging standby time.
실시예 3. “동력원”인 (직렬)모터부 실장방법Example 3. "Motor power source" (serial) motor part mounting method
실시예 3는 실시예1의 “편평형차대(扁平型車臺, flatform chassis)”(10)의 중심축선상에 격납되는 모터부(13)에 관한 것으로 도 8은 모터부의 단면도, 도 12는 직렬모터부 실장 형상도, 도 13은 정합기어부와 차동기어부의 형상을 예시한다.
Embodiment 3 relates to a
본 발명의 장점을 최대한 살릴 수 있는 모터는 기존의 전통적인 방사형(radial type) 모터가 아니라 중심축을 따라 로터(Rotor)와 스테이터(Stator)가 교호하는 비교적 소구경의 크기를 갖는 장축 형상의 중공축 직렬모터(130)가 바람직하며, 그 구체적 사례는 “특허출원번호 10-2017-0104227, 양정현파 중공축(中空軸)형의 직렬 전자기(電磁氣) 회전체”를 들 수 있다. The motor that can make the most of the advantages of the present invention is not a conventional radial type motor, but a hollow shaft in a long axis shape with a relatively small diameter that alters between the rotor and the stator along the central axis. The
상기 특허출원된 발명은 종래 전자기 회전체 기술의 문제점을 해소할 수 있는 방안으로 로터(Ro)와 스테이터(St)가 중공축(中空軸, hollow shaft) 혹은 공심축에 수직으로 교호(交互)하는 직렬 전자기(電磁氣) 회전체를 제공한다. The patented invention is a method that can solve the problems of the conventional electromagnetic rotor technology, the rotor (Ro) and the stator (St) alternately perpendicular to the hollow shaft (中空軸, hollow shaft) or air core shaft (交互) A series electromagnetic rotating body is provided.
특히 회전축으로 중공축을 채택하여 물리적인 축이 제거되는 가상축(virtual shaft) 형태의 회전체 형상을 갖는 진보성과 중공축을 통로로 하는 열린 냉각계통을 제공하고, 회전체의 관성 모멘트(I) 증대시켜 모터(유도기)의 기계 토크와 발전기(동기기)의 전기 에너지 출력을 향상시키는 한편 고 비용과 고 중량의 회전축을 제거하여 경제성을 높일 수 있는 내용이다. In particular, by adopting a hollow shaft as a rotating shaft, a progressive shaft having a shape of a virtual shaft in which a physical shaft is removed and an open cooling system through a hollow shaft are provided, and the inertia moment (I) of the rotating body is increased. This is to improve the mechanical torque of the motor (induction machine) and the electrical energy output of the generator (synchronous machine) while increasing the economical efficiency by removing the high cost and heavy rotating shaft.
중공축(hollow shaft) 회전체는 단위 면적(A)과 질량(M)에서 관성 모멘트(I)는 속이 꽉 찬 중실축(solid shaft) 대비 11.11~25%가 증대되고, 자기폐회로를 구성하여 자기력선이 양방향으로 코일부에 쇄교하는 구조로 22.22 ~ 50%의 출력 효율 증대 요인을 갖고 있으며 이하 6극형 외경 반지름 60mm의 중공축직렬모터(130)를 기준으로 실시예를 열거한다.Hollow shaft rotating body has an inertia moment (I) in the unit area (A) and mass (M) of 11.11-25% increase compared to a solid solid shaft, and a magnetic closed circuit This bidirectional coiled structure has 22.22 to 50% increase in output efficiency, and the embodiments are listed on the basis of the hollow shaft
상기 중공축 직렬모터(130)를 동력원으로 활용하기 위해서 실시예1의 “표준형”의 편평형차대(扁平型車臺)형상에서 기술한 양정현파중공관(104)을 모터부(13)의 격납공간으로 섀시(10)의 중심축선상에 안치하면, 동일 체적의 편평관보다 π배 확장되는 단면적과 관의 원주방향으로 포물선 형상의 주름이 연속으로 반복되는 형상을 갖게 되어 최대허용 굽힘응력(σx, bending stress)을 갖는 완전응력보(fully stressed beam)의 기능이 발현되어 주름과 좌굴을 방지하고, 개선된 인장, 비틀림(Torsion), 굽힘, 압축 강도를 시현할 수 있다.In order to utilize the hollow shaft in
상기 양정현파중공관(104)의 유효적절한 설계치수는 관의 반지름과 주름 개수만 정하면 라디안 값으로 주름의 크기를 간편하게 설정할 수 있고 본 발명의 활용예는 양의 정수인 완전수(perfect number) 중 최솟값인 ‘6’의 정수배(6*N)를 기준으로 산정하되 주름의 개수는 6극 모터를 기준으로 N값을 6으로 취하여 36개의 치(齒)를 갖는 양정현파중공관(104)을 모터부(13)를 격납하는 공간으로 삼는다.The effective design dimension of the positive sinusoidal
상기 중공관 내부에 형성되는 36개의 치(齒)인 음정현파 요(凹)홈은 충격절연용패드(139) 12개, 모터코일가이드 12개, 수랭식 냉각시스템(148) 파이프 6개, 공랭식 냉각시스템(147)의 공기배기구(142) 6개를 수납하는 공간으로 활용하여, 모터부(13) 체결과 모터부 코일의 배선 및 냉각 시스템용 배관을 모두 중공관 내부의 음정현파 요(凹)홈에 수납하여 별도 체결부와 배선 및 배관부를 제거한다. The 36 teeth formed in the hollow tube are sine wave yaw grooves, 12 shock-insulating pads (139), 12 motor coil guides, 6 water-cooled cooling systems (148), 6 pipes, and air-cooled cooling. Utilizing the space for accommodating the six
상기 내부 홈의 지름을 10mm로 하면 내부 홈 원점의 중선 반지름 값은 65mm, 반경 65mm 원주면에 외접하는 정36각형 한 변 길이는 11.3446mm(2π*65mm/36)가 되고, 내부 홈의 지름(D-10mm)과의 차이 값인 1.3446mm를 연접하는 주름간 간격인 턱의 폭 값으로 하면 모터부(13) 외경 원주면에 36개의 톱니를 갖는 요철(凹凸)홈을 형성하여 체결부와 배선 및 배관 공간을 확보할 수 있다.If the diameter of the inner groove is 10 mm, the midline radius value of the origin of the inner groove is 65 mm, the radius of 65 mm, and the length of one square that circumscribes the circumferential surface becomes 11.3446 mm (2π*65 mm/36), and the diameter of the inner groove ( D-10mm), the difference between 1.3446mm and the width of the jaw, which is the gap between the corrugations, is formed on the outer circumferential surface of the
충격절연용패드, 모터코일가이드, 수랭식 파이프, 공랭식 공기배기구를 수납하는 36개 톱니를 원주길이(2πR)방향으로 형성하여 요철(凹凸)홈을 구비할 때, 톱니(홈)의 높이는 주름반경 5mm에서 1mm를 제거한 4mm 높이로 하여 모터부와 중공관 톱니 사이에 2mm 공극을 확보함으로써 모터삽입 공정과 모터와 바퀴를 포함한 섀시의 진동허용 공간으로 삼는 것이 더욱 바람직하다.When 36 teeth are formed in the circumferential length (2πR) direction to form impact-insulating pads, motor coil guides, water-cooled pipes, and air-cooled air exhausts, the height of the teeth (grooves) is 5 mm. It is more preferable to make the motor insertion process and the vibration allowable space of the chassis including the motor and the wheel by securing a 2 mm gap between the motor part and the hollow pipe teeth by removing the 1 mm from the 4 mm height.
상기 직렬모터(130)를 양정현파중공관(104)에 격납할 때, 감쇠작용이 뛰어나 진동과 충격을 잘 흡수하는 점탄성 물질로 탄성중합체인 합성고무나 자연고무로 만든 원통형 고무줄 형상의 진동 혹은 충격절연용패드(isollator)(139)를 구비하여, 모터부(13) 요(凹)홈(138)과 양정현파중공관(104) 내측 음정현파 요(凹)홈 사이공간에 삽입하여 모터부(13)를 격납하되, 패드의 수는 모터부(13) 수랭식 냉각시스템(148) 파이프 좌우 1개씩 총 12개를 충격절연과 지지부로 확보한다.When the
이때, 충격절연용 패드(139)의 굵기는 탄성 압축용량을 확보할 수 있는 방안으로 지름 직경 10mm(1Cm)의 √2배(1.4142) 굵기의 원통형 패드를 구비하여, 모터부(13)의 요(凹)홈(138)과 양정현파 중공관(104)의 음정현파 홈에 삽입하여 모터부(13)를 양정현파중공관(104)에 격납하고 섀시(10)에 고정하여 진동과 충격을 흡수하여 감쇠시킨다.At this time, the thickness of the shock-insulating
패드의 고정방법은 패드의 한 단을 고정하고 길이 방향으로 잡아당겨 패드의 굵기를 축소시키는 인장(引張)방법으로 요(凹)홈에 삽입한 후 이완(弛緩)하여 탄성을 회복시키는 방법으로 모터부(13)의 위치를 고정하면, 응력집중과 전단을 야기하는 볼트나 쐐기와 같은 부품이 없어도 손쉽게 모터부(13)를 고정할 수 있으며, 모터의 회전진동과 바퀴의 구름진동을 상호간 절연(isolation)시켜 진동으로 인한 모터부와 섀시 구조물의 피로를 감소시킬 수 있게 된다.The method of fixing the pad is a method of fixing the one end of the pad and pulling it in the longitudinal direction to reduce the thickness of the pad. It is a method of restoring elasticity by inserting it into the yaw groove and then relaxing it. When the position of the
이와 더불어 자동차의 동력계통(power train)을 형성하기 위해서는 바퀴축과 직교하는 모터의 회전축을 접속할 때 모터의 높은 회전수의 감속과 높은 효율의 구동력 전달 및 바퀴와 모터 구동축의 진동, 비틀림, 굽힘을 받아주는 적절한 기어부와 베어링부를 구비하여야 한다.In addition, in order to form a power train of a vehicle, when connecting a rotating shaft of a motor orthogonal to the wheel shaft, deceleration of the high rotational speed of the motor and transmission of high-efficiency driving force and vibration, torsion, bending of the wheel and the motor driving shaft are performed. Appropriate gear parts and bearing parts should be provided.
본 발명은 신뢰성이 입증되고 대량생산이 가능한 차동기어부(differential gear)(136)를 모터부 구동축(137)과 바퀴 구동축(108)을 연결하는 동력전달장치로 삼으며, 동력전달의 효율 제고와 바퀴 구동축(108)의 진동과 외력을 격리하여 완화할 목적으로 더블헬리컬기어(double helical gear)(133)와 보조 회전축(Aux. shaft)(134)으로 구성되는 정합기어부(matching gear)(132)를 안치한다.The present invention uses a
정합기어부(132)는 차동기어부(136)의 링기어(ring gear, G)로 동력을 전달하는 구동피니언(drive pinion, D)(135)으로 동력을 전달할 때, 비틀림각 방향이 서로 반대인 한 쌍의 헬리컬 기어를 조합하여 축방향 하중과 외력을 제거하는 더블헬리컬기어(133)와 기어 축인 보조 회전축(Aux. shaft)(134)으로 구성하여, 모터부(13)와 바퀴부(113, 114)를 분리하여 모터 구동축(137)의 원점O 인상(引上), 일정비율의 감속효과, 부하 임피던스(load impedance, Z) 정합으로 기어부 구동의 효율성 증대, 소음과 진동을 감소시켜 운전의 정숙성을 개선한다.The
상기 정합기어부(132)와 연동되는 차동(differential)기어부(136)는 자동차의 선회시나 도로 조건이 불량할 때 좌우 차륜의 회전수를 다르게 하는 동력분배 장치로 그 작동원리는 널리 공지되고 활용되고 있어 상세한 내용은 생략하며, 본 발명은 직렬모터(130)와 바퀴 구동축(108)이 직교하는 위치에 구동기어 인출구(Outlet)(131)를 필요에 따라 전륜측, 후륜측 혹은 전후륜측에 구비하고 정합기어부(132)와 차동기어부(136)를 1개 혹은 2개를 안치함으로써 1개의 모터로 전륜구동, 후륜구동, 사륜구동을 조합할 수 있는 확장성과 단순성을 갖게 된다.The
이외 자동차 구조용 프레임인 섀시부(10)에 장착되는 차륜(113, 114), 현가장치, 조향장치, 범퍼, 도어, 펜더, 시트, 등화와 조명 등의 부속장치들이 차대와 차체를 구성하는 중요한 요소로 실제 산업상으로 이용 가능한 제조나 조립방법 등에 관한 다른 실시예가 요구되나 이는 본 발명의 범위를 벗어나고 편평형차대(10)의 보강용 비드부(105)와 WF보 형상의 테두리보(106)에 볼트, 리벳체결이나 용접으로 용이하게 안치할 수 있으므로 생략한다.Other important elements that make up the chassis and body are the accessories (eg,
실시예 4. 배터리 냉각시스템 솔루션Example 4. Battery cooling system solution
실시예 4는 본 발명의 배터리 냉각계통에 관한 것으로 도 14는 배터리냉각시스템 계통도, 도 15는 공랭식과 수랭식 및 상변화 냉각방식별 형상을 예시한다. Example 4 relates to the battery cooling system of the present invention, Figure 14 is a battery cooling system system diagram, Figure 15 illustrates the air cooling type and water cooling type and phase change cooling type.
전기자동차의 배터리셀(120)은 차량부품 중에서 가장 비싼 부품으로 배터리 성능은 차량의 수명과 직결되고 차량 성능과 연비개선과 기능저하, 수명단축, 품질저하를 예방하는 한편, 배터리의 과열로 열폭주(Thermal Runaway)이 발생되어 폭발과 연소사고로 이어지는 것을 방지하기 위해 보통 자연냉각 혹은 피동냉각(passive cooling)이나 능동냉각(active cooling) 또는 부가적인 냉각방식과 열제어 관리시스템이 필요하다. The
현재 전기자동차용 리튬이온전지는 에너지 밀도가 높고 셀 당 전압이 니켈계 전지에 비해 3배 이상 크나 액체 또는 겔타입 전해질을 쓰는 특성상 발화 및 폭발의 위험성, 낮은 내충격성 등으로 안전성에 대한 태생적인 한계를 가지고 있으며, 안전성을 확보하기 위해 과충전, 과전압, 과전류 방지를 위한 보호회로를 구비하는 한편, 안전성이 강조되는 자동차의 경우 기구적인 보완책과 효율적인 냉각 솔루션이 반드시 필요하다.Currently, lithium-ion batteries for electric vehicles have high energy density, and the voltage per cell is three times higher than that of nickel-based batteries, but due to the characteristics of using liquid or gel-type electrolytes, there is a risk of ignition and explosion, and low impact resistance. In order to secure safety, a protection circuit for preventing overcharge, overvoltage, and overcurrent is provided, while in the case of a vehicle where safety is emphasized, a mechanical supplement and an efficient cooling solution are essential.
배터리의 온도는 성능과 수명에 영향을 미치는 가장 중요한 요소 중 하나로대용량의 전력원이나 리튬 이온 배터리 팩의 셀 밀도 증가는 과부하에 따른 발열문제의 주요한 요인으로 배터리의 적정 운전 온도보다 높은 60℃ 이상 발열되는 것을 제어할 필요가 있어 효과적이고, 간단하며 저가의 냉각솔루션은 전기자동차에 있어 필수적인 요소이다.The temperature of the battery is one of the most important factors affecting performance and life. Increasing the cell density of a large-capacity power source or a lithium ion battery pack is a major factor in the heat generation problem due to overload. An effective, simple and low-cost cooling solution is essential for electric vehicles because it needs to be controlled.
일반적인 열전달 과정은 열의 이동을 나타내는 경로함수로 고체 내부(자유전자, 격자 떨림 등)의 열전달 과정인 열전도(conduction) 현상은 푸리에 법칙(Fourier’s law)이 적용되고, 유체(액체, 기체) 유동에 의한 열전달 과정인 열대류(convection)는 뉴턴 법칙 (Newton’s Law), 빛이나 전자파에 의한 열전달 과정인 열복사(radiation)는 스테판 볼즈만 법칙(Stefan-Boltzmann' law)이 적용된다.The general heat transfer process is a path function indicating the movement of heat, and the heat conduction process, which is a heat transfer process in a solid interior (free electrons, lattice shaking, etc.) is applied by Fourier's law, and is caused by fluid (liquid, gas) flow. Newton's Law is used for convection, which is a heat transfer process, and Stefan-Boltzmann' law is applied for heat radiation, which is a heat transfer process by light or electromagnetic waves.
고체 내부의 열전달 과정인 전도(conduction)와 유체 흐름의 복합적 효과인 대류(convection)는 본 발명의 중간층(core)(102)인 세심관(100)과 보조채움관(101) 및 양면 바깥층(face)(103)인 판재의 재질과 형상에 관련되는 주요한 경로함수이며, 이와 관련된 푸리에 열전도 법칙은 아래와 같다.The convection, which is a complex effect of conduction and fluid flow, which is a heat transfer process inside the solid, is a
상기 법칙에서 주어지는 바와 같이 본원 발명은 배터리셀(120)의 열전도 면적(A)이 섀시부(10) 전체면으로 배터리셀(120)이 고르게 분산 배치되며, 개별 배터리 모듈(121)이 세심관(100)에 개별적으로 수납됨으로써 중간층(core)인 세심관(100)과 보조채움관(101) 및 양면 바깥층(face)(103)을 방열판(heat sink)으로 병용이 가능하기 때문에 배터리가 좁은 장소에 밀집되는 기존 전기자동차의 파우치형 배터리팩이나 집합형 배터리팩 구성 방식과는 확연히 차별화됨을 알 수 있다.As given in the above law, the present invention is the
이에 더하여 전도에 의해 이동하는 열량(Qcd)증대를 위해 배터리를 수납하는 세심관(100)과 세심관 사이 삼각형 빈공간(145)과 양면 바깥층(103) 사이공간에 보조 채움관(101)을 삽입하여 열전도와 열대류 면적을 더욱 확장하는 방식을 채택하며, 배터리를 수납하는 외경지름 25mm의 세심관(100)과 보조채움관(101) 재질은 열전도 계수(k)가 높은 알루미늄 합금(k=237W/m·k)이 더욱 바람직하다.In addition, in order to increase the amount of heat (Qcd) moving by conduction, the
방열판(144) 면적을 단면 기준으로 살펴보면, 세심관(100)과 세심관 사이 삼각형 빈공간의 둘레(circumference)는 P=αR1+βR2+γR3로 그 값은 π이므로 본 발명의 25 mm 세심관(100)의 빈공간 둘레는 39.26(12.5π)mm의 방열면적과 보조채움관(101)의 원주 둘레(2πR)는 12.12(2π*1.93)mm, 양면의 방열면적은 24.25mm 가 확보되어 도합 63.52mm로 확장됨으로써, 세심관(100) 반경(R: 12.5mm)대비 약 1.62π(5.08)배의 방열면적이 확보되며 필요시 보조채움관(101)의 형상을 프로파일 단면으로 채택하면 방열면적(A)을 더욱 확대할 수 있다.Looking at the area of the
또한, 전도열전달률(Qcd)을 크게 하는 통풍대책으로 배터리 수납공간인 세심관(100) 외부와 보조 채움관(101)과 외부 대기간 “열교환통로”를 구비하여 세심관(100) 사이 삼각형 빈공간의 온도(△Tinner)와 외부대기 온도(△Touter)차이를 활용한 자연통풍과 자동차 주행에 따른 공기유동을 활용한 ‘자연대류 방식의 열교환’ 및 필요시 외부 전원 투입으로 열교환이 발생하는 강제 통풍방식의 공랭식(air cooling) 냉각시스템(147)을 기본 냉각방식으로 채택한다.In addition, as a ventilation measure to increase the conduction heat transfer rate (Qcd), a triangular empty space is provided between the outside of the
상기 공랭식 냉각시스템(147)은 열교환채널(통로)인 공기흡입구(141)와 공기배기구(142)를 갖는 열교환튜브를 구비하고 냉각 공기유관(140)인 상기 보조채움관(101과 열교환 회로를 구성하되, 임펠러가 튜브 안에 설치되어 축 방향으로 기체를 송풍하는 튜브 축류송풍기(axial fan)(143)를 공기흡입구(141)와 공기배기구(142)에 추가한 공랭식 시스템으로 구성하여 배터리 온도 상승시에 온도센서의 신호를 받아 외부 에너지로 배기하는 강제 통풍방식으로 냉각효율을 증대한다.The air-cooled
상기 공랭식 냉각시스템(147)의 효율을 더욱 개선하는 수랭식 냉각방식 혹은 상변화물질(phase change material, PCM)냉각방식은 보조채움관(101)을 냉각 공기유관(140)으로 하고 배터리를 수납하는 세심관(100)과 보조채움관(101)사이의 삼각형 빈공간에 냉각수(145)로 물을 주입하는 수랭식(water cooling) 냉각시스템(148)이나 파라핀(paraffin), 이온화합물 등의 상변화물질(146)을 주입하여 축열과 방열의 효과를 더욱 개선하는 상변화물질 냉각시스템(148)의 하이브리드 냉각방식이다.The water-cooled cooling method or the phase change material (PCM) cooling method, which further improves the efficiency of the air-cooled
상기 방식의 특징은 냉각수(145)로 비열이 높은 물(1cal/g℃) 혹은 파라핀과 같은 상변화물질이(PCM)(146)이 냉각채널 사이를 유동하는 것이 아니라 열용량이 작고 열전도율이 낮은 공기(0.31kcal/Nm³℃)를 보조채움관(101)으로 유동시켜 공기유관(140)을 냉각시키고, 냉각된 공기유관이 배터리셀(120)과 냉각수(145) 혹은 상변화물질(146)의 열을 흡수하여 열교환이 이루어지는 냉각방식으로 하고 이 때 열교환된 배터리셀(120)의 폐열은 외부대기로 배출시키거나 자동차 공조(Heating, Ventilation, Air Conditioning, HVAC) 시스템에 재활용 함으로써 냉각효율을 향상시키는 것이다.The characteristic of the above method is that water having a high specific heat (1cal/g°C) as a cooling
기본 공랭식 냉각시스템(147)과 병행하여 보조채움관(101)을 냉각 공기유관(14)으로, 보조채움관(101)과 세심관(100) 사이 삼각형 빈공간을 물 또는 상변화 물질(146)을 주입하는 하이브리드 냉각방식의 잠열저장 시스템은 열에너지 저장의 효과적인 방법으로, 물과 PCM이 지니고 있는 높은 잠열로 배터리에서 발생하는 다량의 열을 흡수하여 방출하는 히트 싱크의 역할로 높은 에너지저장 밀도와 저장된 에너지를 방출하는 등온적 저장과정을 갖는 장점을 가지게 된다.In parallel with the basic air-cooled
본 발명의 냉각 시스템(14)을 정리하면 편평형차대(10)는 섀시 전체면으로 배터리셀(120)을 고르게 분산 배치하여 배터리가 밀집되는 기존 파우치형 배터리 혹은 집합형 배터리 팩보다 열집중도를 현저히 낮추며, 배터리셀을 세심관(100)에 개별적으로 수납함으로써 중간층(102)인 세심관(100)과 보조 채움관(101) 및 양면바깥층(face)(103)을 방열판(144)으로 병용하여 세심관(100) 반경(R)대비 약 1.62πR(5.08)배 이상의 방열면적이 확보되어, 섀시 전체면적을 배터리의 발열에 따른 열전도와 대류를 확산시키는 방열판(144)으로 활용하는 형상을 갖게 된다.When the
또한 외부대기 유동의 공랭식냉각(147)을 기반으로, 냉매로 냉각수(145)를 주입하는 수랭식냉각(148) 및 파라핀 등을 활용한 상변화물질(146)을 활용한 상변화냉각(149)은 자연대류와 강제송풍방식인 공랭식, 수랭식 및 상변화물질 냉각방식을 조합하는 삼원냉각의 하이브리드 냉각방식을 제공하여 고가인 배터리의 열응력 감소, 방전시간 증가, 사이클 수명연장 등의 개선점을 갖게 된다. In addition, based on the air-cooled cooling (147) of the external atmospheric flow, the water-cooled cooling (148) for injecting the cooling water (145) into the refrigerant and the phase-change cooling (149) using the phase change material (146) using paraffin, etc. By providing a hybrid cooling method of ternary cooling that combines natural convection and forced air-cooled air-cooled, water-cooled, and phase-change material cooling methods, it has improvements such as reduced thermal stress, increased discharge time, and extended cycle life of expensive batteries.
실시예 5. 섀시외장형 모터의 편평형차대Example 5. Flat chassis of an external chassis motor
본 발명의 제5측면은 실시예 1의 자동차 섀시 프레임의 표준적인 단면형상에서 자동차의 동력원인 모터부를 양정현파 중공관에 격납하지 않고 섀시의 외부에 안치하는 것에 관한 것으로, 실제 산업상 이용에서는 소구경 직렬모터가 아닌 대구경 혹은 대형의 방사형모터(Radial Motor)나 모터가 바퀴 내부에 위치하는 인휠모터(In-wheel Motor)에 적합한 실시예이다.The fifth aspect of the present invention relates to placing a motor portion, which is a power source of a vehicle, in a standard cross-sectional shape of a vehicle chassis frame of Example 1 without being stored in a positive sinusoidal hollow tube and placed outside the chassis. It is an embodiment suitable for a large-diameter or large-sized radial motor or an in-wheel motor in which the motor is located inside the wheel, rather than a caliber series motor.
통상적으로 전통적인 방사형모터는 구조적으로 로터와 스테이터가 회전축에 평행하게 배치되어 영구자석이나 전자석에서 생성되는 자기력선(magnetic flux)이 일 방향으로만 코일부에 쇄교하기 때문에 양방향으로 쇄교하는 직렬모터 대비시 상대적으로 소형화와 소구경화가 어려워 방사형모터는 일반적으로 대구경의 함체와 단축(短軸)의 형상을 갖게 되는 바, 이를 전기자동차에 적용할 경우 전륜(113) 혹은 후륜(114)측의 바퀴구동축(108)상에 모터를 안치하며, 사륜구동을 위해서는 전륜과 후륜 측에 각기의 모터를 설치하는 2모터 방식이 보편적이며, 인휠모터의 경우 사륜바퀴 각각에 4모터를 안치하게 된다. Conventionally, in a conventional radial motor, the rotor and the stator are arranged parallel to the rotational axis, so the magnetic flux generated in the permanent magnet or electromagnet is linked to the coil in only one direction. Because of the relatively small size and the small diameter, it is difficult for the radial motor to have the shape of a large-diameter housing and a single shaft. When applied to an electric vehicle, the wheel drive shaft on the
대량생산되는 전통적 방사형모터와 바퀴를 직접 구동하는 인휠모터를 본원 발명의 편평형차대(10)에 안치하기 위해서는 상술한 특성으로 섀시(10) 프레임의 외부에 모터를 장착하여야 하는 바, 외장형모터 안치방법과 추가 배터리모듈(121)의 실장방법에 관한 바람직한 실시예를 도 16의 섀시 외장형모터 편평형차대의 배터리모듈 단면도를 참조하여 예시한다. In order to place the traditional radial motor mass-produced and the in-wheel motor directly driving the wheel on the
자동차의 동력원인 방사형 모터를 섀시 외장형으로 안치하기 위해서는 전륜구동은 보닛과 앞범퍼 안치부(118)에, 후륜구동은 트렁크와 뒷범퍼 안치부(119)에 방사형모터 장착공간을 확보하여야 하며, 인휠모터는 섀시 프레임의 조향/현가장치 안치부(115)의 보강용비드부 내부 8개소의 원통형실린더에 중공원형보를 삽입하여 지지점을 확보하고, 상부와 하부측 3열로 배열되는 비드 너트부에 볼트로 체결하여 모터와 조향 및 현가장치를 지지하며, 구동전원선과 냉각시스템의 인입과 인출부를 구비하면 비교적 용이하게 인휠모터(in-wheel motor)를 설치할 수 있다.In order to enclose the radial motor, which is the power source of the vehicle, as the chassis external type, the front wheel drive must be secured to the bonnet and the
다만, 방사형모터 장착장소는 전륜(113)과 후륜(114)의 바퀴구동축(108)상의 보강용 비드부(105)와 섀시 가장자리의 테두리보(106) 및 대시보드안치부(116)와 시트안치부(117)를 지지점으로 하는 동력계통(파워트레인) 고정부를 구비하여 모터부(13), 바퀴구동축(108), 차동기어부(136), 조향/현가장치 등을 안치함으로써, 파워트레인 설치로 발생되는 응력집중과 국부응력을 섀시(10) 전체면으로 분산시키고 핀이나 볼트 등의 체결장치가 세심관(100)을 관통하지 않게 하는 것이 바람직하다.However, the place where the radial motor is mounted is a
이때, 실시예1과 실시예3의 직렬모터(130)를 격납하는 양정현파 중공관(104)에는 세심관(100)과 보조 채움관(101)을 삽입하여 배터리모듈(121) 수납공간을 추가로 확보하여 배터리부(12)의 용량을 더욱 키우는 것이 바람직하며, 중공관 내부에 수평방향으로 3·4·5·4·3개의 상기 세심관(100)을 육방격자형으로 집속하면 19개의 배터리모률(121)을 수납할 수 있는 묶음형 배터리모듈(121A)을 추가할 수 있게 된다.At this time, the
상기 배터리모듈(121)의 용량을 실시예2의 예시를 기준으로 계산하면, 798개(19모듈*42셀)의 표준 원통형 배터리셀(120)을 수납하여 최대 13.286 kWh(798개*3.7V*4.5Ah)의 배터리 용량 확보로 1kWh당 5km 주행시 66km, 8km 주행시 106km의 증분된 주행거리를 확보할 수 있으며, 표준 편평형차대(10)의 배터리부(12)의 용량과 합산하면 총 6,954개(6,156개+798개) 단위 셀로 전원부를 구성하여 최대 115.784 kWh(6,954개*3.7V*4.5Ah)용량을 갖게 되므로 1kWh당 5km 주행시 약 578km, 8km 주행시 약 926km의 합산 주행거리를 확보할 수 있다.If the capacity of the
한편으로 편평형차대(10)의 양정현파 중공관(104)을 제거하고 그 위치에 세심관(100)을 배열하는 통짜형 중간층(102A)과 섀시(10)의 중심축선상에 보강용 비드부(105)를 부가하고 양면바깥층(103)을 형성하는 섀시외장형 모터의 편평형차대(10A)는 실시예1의 표준형 편평형차대(10)와 외부형상은 동일하며, 수납할 수 있는 배터리모듈(121)과 표준 원통형 배터리셀(120)의 개수는 3·4·5·4·3개의 상기 세심관을 양정현파중공관(104)내부에 육방격자형으로 집속한 묶음형 배터리모듈(121A)과 대동소이하므로, 실시예1의 예시를 준용하면 비교적 용이하게 구현할 수 있다. On the one hand, the positive sine wave
실시예Example 6. 무선 전력전송 집전장치가 부가된 6. Wireless power transmission current collector 편평형차대Flat undercarriage
본 발명의 제6측면은 실시예 1의 자동차 섀시 프레임의 표준적인 단면형상에서 섀시(10)의 하부 바닥판(Floor Pan)에 무선 전력전송용의 집전장치를 부가하여 도로·휴게소·차고지·주차 공간 등의 장소에서 배터리셀(120)을 무선으로 충전하는 무선 전력전송시스템(15)에 관하여 도3 삼위일체형 편평형차대의 평면도, 도 7 편평형차대 보강용비드부 단면도, 도 17의 무선충전 카패드의 안치위치와 단면도를 참조하여 예시한다.In the sixth aspect of the present invention, in the standard cross-sectional shape of the vehicle chassis frame of Example 1, a current collector for wireless power transmission is added to a floor pan of the
통상적으로 전기자동차의 보급은 낮은 총소유비용(TCO)과 단순하고 편리한 충전은 소비자의 구매 결정에 중요한 기준으로 충전에 걸리는 시간과 번거로움을 줄이기 위해 차체에 충전케이블을 연결하지 않고 무선 전력전송(wireless power transfer)으로 배터리를 충전하는 '무선충전'이 필요하며, 도로·휴게소·차고지·주차 공간 등에 매설된 급전선로나 지상충전패드(151)의 1차측 급전코일(152)과 전기자동차 하단에 장착된 2차측 집전코일(153)의 집전장치인 카패드(Car Pad)(150)를 통해 전기에너지를 전자기에너지로 변환하여 차량의 모터를 구동하거나 배터리셀(120)을 충전한다. In general, the spread of electric vehicles is a low total cost of ownership (TCO) and simple and convenient charging is an important criterion for consumers' purchase decision.To reduce the time and hassle of charging, wireless power transmission without connecting a charging cable to the vehicle body ( 'Wireless charging' is required to charge the battery with wireless power transfer), and it is installed on the primary
무선전력전송은 전기 에너지를 자기장 또는 전자기파 등의 무선전송이 가능한 형태로 변환하여 부하(Load)에 전달하는 전송 기술로 현재 무선전력전송 기술의 가장 큰 응용분야는 전력을 수신하는 부하가 배터리인 무선충전시스템이며, 실용가능한 근거리 무선전력전송은 에너지 전달 방식과 전송거리에 따라 초단거리용인 자기유도방식과 단거리용인 자기공명방식으로 구분된다. Wireless power transmission is a transmission technology that converts electrical energy into a form capable of wireless transmission, such as a magnetic field or electromagnetic waves, and transmits it to a load. Currently, the biggest application field of wireless power transmission technology is wireless, which loads batteries that receive power. It is a charging system, and practical short-range wireless power transmission is divided into an ultra-short magnetic induction method and a short-range magnetic resonance method according to the energy transmission method and transmission distance.
자기유도방식은 기술표준화가 많이 이루어져 현재 상용화되고 있는 대부분의 무선충전기에서 활용되고 있는 방식이나, 10Cm 이내의 초단거리만 사용 가능하여 응용의 한계성으로 전기자동차 시장확대의 어려움이 있고, 자기공명(magnetic resonance)방식은 단거리(1m~수 미터 안팎)범위에서도 충전이 가능하고 다수 기기의 동시 충전과 충전 자유도 향상이라는 장점을 갖고 있으나 낮은 전송 효율, 기술 표준화 미비 및 안전성 검증과 가격경쟁력 확보가 무선전력전송 대중화의 조건이 되고 있다.The magnetic induction method is a method that is used in most wireless chargers that are currently commercialized due to the high standardization of technology, but it is difficult to expand the electric vehicle market due to the limitation of application because it can be used only in a very short distance within 10cm. The resonance) method can be charged in a short distance (around 1m to a few meters) and has the advantage of simultaneous charging of multiple devices and improved charging freedom, but it has low transmission efficiency, lack of technology standardization, safety verification, and secured price competitiveness. It has become a condition of popularization of transmission.
차량부문 무선 전력전송기술의 공간적 발전전망은 3단계로 진화하고 있는바 주차를 한 상태에서 충전이 이루어지는 고정충전(static charging), 교차로 신호대기 등 특정한 구간에 정차 시 충전이 가능한 세미 다이내믹충전(semi-dynamic charging), 도로에 충전 시설을 내장해 주행을 하면서도 충전이 가능한 다이내믹충전(dynamic charging) 방식으로 분류할 수 있으며, 단순하고 편리한 무선충전(Wireless Electric Vehicle Charging, WEVC) 기술이 높은 전력전송 효율을 담보하면 결국 무선충전시스템이 전기차의 표준 충전수단이 될 것으로 예상된다. The spatial power generation prospect of wireless power transmission technology in the vehicle sector is evolving in three stages, so it is possible to recharge when stopped in a specific section such as static charging where charging is performed while parking is parked and waiting for intersection signals. -Dynamic charging), which can be classified as a dynamic charging method that can be charged while driving by incorporating a charging facility on the road. Simple and convenient wireless electric vehicle charging (WEVC) technology has high power transmission efficiency. In the end, it is expected that the wireless charging system will become the standard charging means for electric vehicles.
본원 발명은 상기 무선충전 서비스를 제공하기 위하여 편평형차대(10) 하부 바닥판(Floor Pan)의 세로방향 양정현파중공관(104)과 테두리보(106A)와 가로방향의 테두리보(106B), 바퀴구동축상(108), 대시보드안치부(116), 시트안치부(117)의 보강용비드부(105)로 형성되는 요철(凹凸)형 위치와 공간에 차량용 집전장치로 2차측 집전코일(153)을 내장한 카패드(Car Pad)(150)를 안치하고 실시예2의 충전회로부(127)와 주배전교환시스템(MDSS)(125) 및 배터리관리시스템(129) 등으로 구성되는 2차측 전원시스템을 구성하여, 도로·휴게소·차고지·주차 공간 등의 1차측 급전코일(152)과 제어시스템으로 구성되는 지상충전패드(Ground-based Charging Pad)(151)와 전자기회로를 형성하는 무선 전력전송시스템(15)을 제공한다.In order to provide the wireless charging service, the present invention provides a vertical sine wave
이때, 카패드(150) 두께는 양정현파중공관(104)과 보강용 비드부(106)의 활꼴 형상의 돌출높이인 37.8494mm 이하로 하여 자동차의 가장 낮은 부분에서 접지면까지의 높이인 최저지상고(ground clearance)를 잠식하지 않고 돌출로 발생하는 차량 하부면의 공기항력 증가와 지면 긁힘을 예방하는 것이 바람직하며, 카패드(150)에 내장되는 원형 2차측 집전코일(153)은 원을 가장 빽빽하게 배열하는 정육각형 배치로 평면의 90.7% 면적을 점유(직사각형-78.5%)하여 공간과 재료절감 및 집전효율을 최대화하는 육방격자형 배열이 바람직하며, 카페드(150)의 고정은 보강용비드부(105)의 3열 배열되는 비드 너트부(105b)에 복수개의 볼트로 체결하고 케이블은 원통실린더(105a) 내부로 수납하고, 섀시(10) 외부를 일주하는 테두리보(106)의 외측공간(106x)으로 인출하여 충전회로부(127)와 주배전교환시스템(MDSS)(125)으로 연결하여 배선케이블이 섀시(10) 외부로 노출되는 않도록 한다.At this time, the thickness of the
상기 편평형차대(10)의 하부 바닥판(Floor Pan)에 안치되는 카패드(150)는 양정현파중공관(104)과 보강용 비드부(105) 사이 요철(凹凸)공간에 복수 개를 부가할 수 있으므로 무선충전시스템(15)의 표준화와 시장상황에 맞추어 적의조정할 수 있으며, 필요에 따라 카패드(150)의 개수를 조절하거나 차량출고후 사후 서비스로 카패드(150)를 비교적 용이하게 장착할 수 있는 용장성을 확보할 수 있어 스마트도로와 같은 도로인프라의 진화에 쉽게 적응할 수 있는 특징을 갖고 있다.The
실시예 7. 가로형 편평형차대 형상Example 7. Horizontal flat chassis shape
본 발명의 제7측면은 실시예 1의 자동차 섀시 프레임의 표준적인 단면형상에서 배터리를 수납하는 중간층(core)인 세심관의 배열방향을 가로방향으로 변경한 것에 관한 것으로, 실제 산업상 이용에서는 전장과 축간거리가 짧은 경차나 전륜과 후륜을 분리하여 구동하는 특수 목적용에 적합한 것으로 도 18 가로형 섀시부 형상도를 참조하여 예시한다.The seventh aspect of the present invention relates to a change in the horizontal direction of an arrangement of a mesial tube that is a core for storing a battery in a standard cross-sectional shape of an automobile chassis frame of Example 1 in the horizontal direction. It is suitable for a special vehicle for driving a separate vehicle with a short axle distance or a front wheel and a rear wheel, and is illustrated with reference to the shape diagram of the horizontal chassis portion of FIG. 18.
세심관(100)의 배열을 가로방향으로 변경하면 실시예1의 양정현파중공관(104)부분에는 세로방향으로 보강용 비드부(105)를 배열하여야 하며, 모터부(13)를 수납하는 양정현파중공관(104)은 바퀴구동축(108)상의 보강용비드부(105)에 전륜 구동축과 후륜 구동축으로 분리하여 위치시키는 점 이외 기술적 사상은 실시예1과 대동소이하므로 상세한 기술을 생략한다.When the arrangement of the
다만, 전륜(113)과 후륜(114)으로 분리되는 모터부(13)는 필요에 따라 전륜구동, 후륜구동, 전후륜 구동의 3가지 조합으로 산업에 이용할 수 있으며 전후륜 4륜 구동방식을 제외한 전륜(113)구동과 후륜(114)구동의 2륜 구동의 경우 모터를 격납하지 않는 양정현파중공관(104)에는 세심관(100)을 추가하는 방법으로 배터리셀(120)의 용량을 더욱 확장할 수 있다. However, the
이러한 가로형 편평형차대(10)는 자동차의 진행방향인 전장길이 방향의 충격하중에 취약하므로 섀시의 중심축선상에 세로방향 보강용 비드부(bead)(105)를 추가하여 세로 길이방향의 강성과 강도를 강화하고, 차량의 보닛부와 앞범퍼 안치부(118) 및 트렁크부와 뒷범퍼 안치부(119)를 테두리보(106)와 보강용 비드부(105)에 다중 접합하여 차량 진행방향의 충격하중을 전체 섀시부(10)로 흡수하는 방법이 더욱 바람직하다.Since the horizontal flat-
실시예 8, 내연기관, HEV, PHEV, 가스터빈, 수소연료전지자동차Example 8, internal combustion engine, HEV, PHEV, gas turbine, hydrogen fuel cell vehicle
미래에는 다양한 방식의 자동차가 공존할 가능성이 높으며 용도와 경제성에 따라 전통적 내연기관 자동차, 하이브리드 자동차, 전기자동차 또는 수소연료전지 자동차가 상당기간에 걸쳐 사용될 것이며 친환경 자동차는 각 기술의 개발 속도와 정책방향에 따라 달라질 것이다. In the future, it is highly likely that various types of vehicles will coexist. Traditional internal combustion engine vehicles, hybrid vehicles, electric vehicles, or hydrogen fuel cell vehicles will be used for a considerable period of time depending on the purpose and economics. Will depend on.
실시예 8은 본 발명의 또 다른 응용예로 내연기관 자동차와 내연기관의 진화형태인 하이브리드자동차(HEV), 플러그인하이브리드자동차(PHEV)와 수소연료전지자동차(Fuel Cell Vehicle, FCV)에 관한 것으로, 압축가스나 액체에 의한 내압이 발생하는 구조물의 벽면에 작용하는 응력에 관한 재료역학적 특성을 고려한 다중다발형 연료탱크를 도 19의 초소형 연료탱크 형상도를 참조하여 예시한다.Example 8 relates to a hybrid vehicle (HEV), a plug-in hybrid vehicle (PHEV) and a hydrogen fuel cell vehicle (FCV), which are evolutionary forms of an internal combustion engine vehicle and an internal combustion engine as another application example of the present invention. A multi-bundle type fuel tank in consideration of the material mechanical properties related to stress acting on a wall surface of a structure in which internal pressure due to compressed gas or liquid is generated will be exemplified with reference to the shape diagram of the micro fuel tank in FIG. 19.
실시예1의 세심관(100)을 수소연료나 휘발유, 디젤, 천연가스(LNG), 액화석유가스(LPG) 등의 화석연료를 저장하는 마이크로 탱크로 활용함으로써 별도의 연료탱크를 구비할 필요가 없으며, 고압과 인화성이 강한 연료를 차대의 전체 하부에 넓게 분산하여 저장함으로써 연료의 폭발 위험성을 최소화하고 차량 디자인의 자유도를 증진할 수 있게 된다.It is necessary to provide a separate fuel tank by utilizing the
단위 세심관(100)에 격납되는 초소형 연료탱크(16)는 외경지름(Rs) 23mm의 원주응력(σ₁, circumferential stress)과 축방향향 응력(σ₂, axial stress)이 작용하는 실린더형 몸체(160)와 양단에 쉘표면의 곡면에 접선방향으로 막응력(σ, membraine stress)이 작용하는 반지름 11.5mm의 반구형 쉘(shell) 볼록부(161)를 구비하면 원형단면을 갖는 폐구조물(closed structure)인 압력용기(pressure vessel)로 압축공기 탱크와 동일한 특성을 갖게 된다.The
압력용기인 초소형 연료탱크(16)는 원주응력σ₁=pr/t(p: 내압, r: 반지름, t: 벽두께)과 축방향 응력σ₂=pr/2t이 작용하고 원주응력(162)이 축방향 응력(163)의 두 배(σ₁=2σ₂)가 되며, 연료탱크(16)의 내압이 외부대기의 공기압을 초과하는 운용여건에 따라 세심관(100)과 보조채움관(101) 및 양면바깥층(103)을 이루는 4중 재료 몸체와 기하적형상으로 원주응력σ₁(162)을 고르게 분산시키며, 양단은 내압을 견디는 이상적 형태인 반구(hemispherical)형 쉘(shell) 볼록부(161)와 테두리보 웨브(166)로 축방향 응력σ₂(163)을 분산시킨다. The
상기의 실린더형 몸체(160)와 양단에 반구형 쉘(shell) 볼록부(161)로 구성되는 초소형 연료탱크(16)는 별도 설치공간 없이 수소연료와 휘발유, 디젤, 천연가스(LNG), 액화석유가스(LPG) 등의 화석연료를 섀시(10) 전체단면에 폭넓게 분산하여 적재할 수 있어, 별도 적재공간이 소요되는 대형탱크 방식 압력용기의 고집적화로 발생하는 화재와 폭발문제를 해소하고 하중을 섀시(10) 전체단면으로 확산하여 분산시키며 무게중심을 바퀴 구동축(108)의 원점O 아래로 하향시켜 자동차 주행의 안정성을 더욱 향상시킬 수 있다.The
단위 세심관(100)에 격납되는 초소형 연료탱크(16)의 용적V은 원의 넓이(S = πR² 혹은 πD²/4)*길이(L)로 주어지므로 전체 연료저장 용적은 손쉽게 구할 수 있으며, 중형차 기준으로 산출하면 실린더형 몸체(160)의 내경지름이 21mm일 때, 약 150 리터의 용적량을 세심관(100) 내부에 확보할 수 있어 70 리터 내외인 기존 내연기관 중형차 대비 두 배 이상의 연료저장 공간을 별도 대형 연료탱크 없이 설계할 수 있어 차량 디자인의 자유도를 향상시킨다. Since the volume V of the
또한 전통적으로 널리 쓰이는 한 개의 대형 저장탱크보다 수 백개(중형차- 174개)의 세심관(100)에 분산 저장하는 방법은 수소와 가스 및 화석연료의 폭발이나 화재 등 안전도 측면에서 여러 장점을 갖고 있음은 자명하며, 세심관(100) 사이 보조채움관(101)을 활용한 냉각방법을 병용하면 초저온/고압의 수소연료나 고압의 가스 및 액체연료를 더욱 안전하게 보관할 수 있음은 명백하다.In addition, the method of distributed storage in hundreds (medium-sized vehicles-174) of the
전통적인 내연기관 자동차의 경우 본 발명의 편평형차대 보닛부(118)에 엔진을 장착하고 상기 초소형 연료탱크(16)와 연료펌프로 부터 연료를 공급받아 동력계통(파워트레인)을 구동하고 엔진의 워터재킷과 섀시(10) 중간층(102)인 다수의 세심관(100)중 일부에 냉각수(145)를 채워 순환시키면 별도 증발기(라디에이터)없이도 수랭식 냉각계통을 간편하게 구성할 수 있으며, 엔진 배기계통은 배기관을 양정현중공관(104)이나 세심관(100)으로 배관하면 증발기와 배기계통을 모두 섀시 내부로 통합할 수 있어 자동차 구조설계의 단순화와 공기역학의 항력저항 저감 및 디자인 자유도를 증진할 수 있다.In the case of a conventional internal combustion engine vehicle, an engine is mounted on the flat-
하이브리드자동차(HEV), 플러그인하이브리드자동차(PHEV)의 경우 자동차의 보닛(bonnet)부(118)에 소형 내연기관을 안치하고 세심관(100)의 초소형 연료탱크(16)에 저장된 화석연료를 공급하는 방법으로 직병렬 하이브리드 자동차로 활용하는 방법을 조합할 수 있으며, 이때 섀시(10)의 양정현파중공관(104)에 격납되는 모터부(13)의 구동축(137)을 추진축(propeller shaft)으로 병용하고 정합기어부(132)와 차동기어부(136)를 동력계통으로 삼아 내연기관과 모터 겸용의 하이브리드 자동차를 시현할 수 있다. In the case of a hybrid vehicle (HEV) or a plug-in hybrid vehicle (PHEV), a small internal combustion engine is placed in the
가스터빈 자동차는 양정현파중공관(104)에 장축의 초소형 가스터빈부를 추가하여 세심관(100)에 저장된 천연가스(LNG)와 액화석유가스(LPG) 등을 공급받아 가스터빈 전용차로 활용하거나 양정현파중공관(104)의 전륜(113)부 측은 모터부(13)를 안치하고 후륜(114)부 측은 초소형 가스터빈을 장착하는 하이브리드형 자동차로 활용하는 방법을 조합할 수 있다.The gas turbine car is supplied with natural gas (LNG) and liquefied petroleum gas (LPG) stored in the
수소연료전지자동차(Fuel Cell Vehicle, FCV)는 보닛부(118)에 연료전지스택을 구비하고 세심관(100)의 초소형 연료탱크(16)에 저장된 수소연료(Hydrogen Fuel)를 공급받아 산소와 전기화학적 반응을 통하여 전기에너지를 발생시킨 후, 실시예3의 양정현파중공관(104)에 격납된 모터부(13)를 구동하며, 이때 모터구동용 보조 배터리셀(120)은 센터측 배터리 수납공간(111)에 설치하여 배터리셀(120)의 추가와 교체를 용이하게 하는 것이 바람직하다.The hydrogen fuel cell vehicle (FCV) is provided with a fuel cell stack in the
10: 편평형차대(扁平型車臺, flatform chassis)/섀시
100: 세심관
101: 보조 채움관
102: 중간층(core)
103: 양면 바깥층(face)
104: 양정현파 중공관
105: 보강용 비드부
106: 테두리보(A/B)
107: 섀시 재료의 중립축
108: 바퀴구동축
109: 채널보
11: 바디 지지부
110: 바퀴축 회전원점(O)
111: 센터측 배터리 수납공간
112: 사이드측 배터리 수납공간
113: 전륜
114: 후륜
115: 조향/현가장치 안치부
116: 대시보드 안치부
117: 시트 안치부
118: 보닛과 앞범퍼 안치부
119: 트렁크와 뒷범퍼 안치부
12: 배터리부
120: 표준 원통형 배터리셀
121: 배터리모듈
122: 배터리 소켓
123: 배터리 콘센트
124: 모듈 인출구
125: 주배전교환시스템(MDSS)
126: 전장장치
127: 충전회로부
128: 배터리모듈 마개부
129: 배터리관리시스템
13: 모터부
130: 직렬모터
131: 구동기어 인출구
132: 정합기어부
133: 더블헬리컬 기어(double helical gear)
134: 보조 회전축(Aux. shaft)
135: 구동피니언(drive pinion, D)
136: 차동기어부
137: 모터부 구동축
138: 요철(凹凸)홈
139: 충격절연용 패드
14: 냉각시스템
140: 냉각 공기유관
141: 공기 흡입구
142: 공기 배기구
143: 축류 송풍기
144: 방열판
145: 냉각수(물)
146: 상변화물질
147: 공랭식 냉각시스템
148: 수랭식 냉각시스템
149: 상변화 냉각시스템
15: 무선 전력전송시스템
150: 카패드(Car Pad)
151: 지상충전패드
152: 1차측 급전코일
153: 2차측 급전코일
16: 초소형 연료탱크/기타
160: 실린더형 몸체
161: 반구형 쉘(shell)볼록부
162: 원주응력
163: 축방향응력
164: 연료인입구
165: 연료인출구
166: 테두리보 웨브
167: 볼트
168: 용접
169: 소켓리드선10: flatform chassis (flatform chassis) / chassis
100: Sesimwan
101: auxiliary filling pipe
102: middle layer
103: double-sided outer layer
104: Yang Jung-Hyeon Hollow Hall
105: bead for reinforcement
106: Border beam (A/B)
107: neutral axis of the chassis material
108: wheel drive shaft
109: channel show
11: body support
110: Wheel shaft rotation origin (O)
111: center side battery storage space
112: side side battery storage space
113: front wheel
114: rear wheel
115: Steering/suspension suspension
116: dashboard inside
117: seat rest
118: bonnet and front bumper inside
119: trunk and rear bumper rest
12: battery unit
120: standard cylindrical battery cell
121: battery module
122: battery socket
123: battery outlet
124: module outlet
125: main distribution switch system (MDSS)
126: electric equipment
127: charging circuit
128: battery module stopper
129: battery management system
13: motor unit
130: serial motor
131: drive gear outlet
132: matching gear
133: double helical gear (double helical gear)
134: auxiliary shaft (Aux. shaft)
135: drive pinion (D)
136: differential gear unit
137: drive shaft of the motor unit
138: Uneven groove
139: shock insulation pad
14: cooling system
140: cooling air oil pipe
141: air intake
142: air vent
143: axial flow blower
144: heat sink
145: coolant (water)
146: phase change material
147: air cooling system
148: water cooling system
149: phase change cooling system
15: wireless power transmission system
150: Car Pad
151: ground charging pad
152: primary feeding coil
153: Secondary feed coil
16: Micro fuel tank/other
160: cylindrical body
161: hemispherical shell convex portion
162: circumferential stress
163: axial stress
164: fuel inlet
165: fuel outlet
166: Border beam web
167: bolt
168: welding
169: socket lead wire
Claims (16)
섀시부를 구성하는 뼈대인 프레임;
상기 섀시부를 세로로 관통하며 모터부를 격납하는 양정현파 중공관; 및
복수개의 가로방향 보강용 비드부(bead);
를 포함하여 구성되며,
상기 프레임은 속이 빈(hollow) 관(tube)인 세심관을 수평으로, 3단 이상 다단으로, 그리고 육방격자형으로 집속한 부재를 중간층(core)으로 하고,
상기 중간층의 양면에는 고강도 재료로 된 두 개의 얇은 판재(강판 혹은 알루미늄판 등)로서 양면에 바깥층(face)을 형성하며,
상기 세심관의 중간층(core)은 상기 바깥층(face)인 상기 판재를 지지하는 필러(filler)로 기능하여,
상기 바깥층을 주름(winkling)이나 좌굴(buckling)에 대해 안정화시키고,
상기 중간층인 속이 빈 상기 세심관 사이 및 상기 세심관과 상기 양면의 바깥층 사이 빈 공간에는 극세심관의 보조 채움관을 삽입하여 빈공간을 더욱 촘촘히 채우며,
상기 판재의 양면 바깥층, 상기 집속형 세심관, 및 보조 채움관으로 구성되는 상기 중간층의 삼겹구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 통합형 편평형차대(扁平型車臺, flatform chassis). As the basic structure of the vehicle, the chassis is a structural frame that is a chassis,
A frame that constitutes a chassis portion;
A positive sine wave hollow tube penetrating the chassis portion vertically and storing a motor portion; And
A plurality of beads for transverse reinforcement;
It comprises,
The frame is a hollow tube (hollow) tube (center) horizontally, three or more multi-stage, and hexagonal lattice-shaped member focused on the middle layer (core),
On both sides of the intermediate layer, two thin plate materials (steel plate or aluminum plate, etc.) made of a high-strength material form an outer layer on both sides,
The core of the mesial tube serves as a filler supporting the plate, which is the outer layer,
Stabilizing the outer layer against wrinkles or buckling,
Filling the empty space more closely by inserting an auxiliary filling tube of the ultra-fine deep tube in the empty space between the hollow mesial tube which is the intermediate layer and between the mesial tube and the outer layers of both sides,
An integrated flat-type chassis, characterized in that it is formed of a three-layer structure of the intermediate layer consisting of the outer layer on both sides of the plate, the focusing-type center tube, and the auxiliary filling tube.
상기 모터부를 격납하는 속이 빈 주름관인 상기 양정현파 중공관은,
외경방향으로 볼록한 형상의 주름을 원주방향으로 36개 가지고, 주름의 마루와 골이 상기 프레임의 세로 길이 방향으로 향하도록 상기 프레임의 중앙부 중심축선상에 세로 방향으로 안치하며,
상기 보강용 비드부는 활꼴의 단면을 가지고, 상기 프레임의 가로방향에 복수 개를 상기 세심관의 상면 및 하면에 상기 세심관과 직교하도록 부가하여 상기 세심관과 함께 중간층을 형성하며,
상기 프레임의 가장자리에는 테두리보를 부가하되,
상기 테두리보는 WF보 단면형상의 구조용 부재(member)로서, 상기 프레임의 양면 바깥층에 접합하여 축방향 외력이나 하중을 지지하고 인장, 비틀림, 굽힘, 압축 등의 전단응력을 증대시키며,
상기 바깥층인 판재는 상기 중간층의 보강용 비드부의 형상에 맞추어 조립되도록 성형하여, 상기 바깥층인 판재가 상기 중간층과 접합함으로써 형성되는 샌드위치 패널(sandwich panel)형상의 구조물을 형성하는 것을 특징으로 하는 통합형 편평형차대(扁平型車臺, flatform chassis).According to claim 1,
The positive sine wave hollow tube, which is a hollow corrugated tube for storing the motor part,
36 in the circumferential direction of the wrinkles of the convex shape in the outer diameter direction, and placed vertically on the central axis of the center of the frame so that the ridges and valleys of the wrinkles are directed in the longitudinal direction of the frame,
The reinforcing bead portion has a cross section of an arch shape, and a plurality of pieces in the horizontal direction of the frame are added to the upper and lower surfaces of the mesial tube to be orthogonal to the mesial tube to form an intermediate layer together with the mesial tube,
An edge beam is added to the edge of the frame,
The rim beam is a structural member of a WF beam cross-sectional shape, bonded to both outer layers of the frame to support an axial external force or load, increase shear stress such as tensile, torsion, bending, compression, etc.,
The outer layer plate is molded to be assembled according to the shape of the reinforcement bead portion of the intermediate layer, so that the outer layer plate material is formed by joining with the intermediate layer to form a sandwich panel (sandwich panel) shaped flat integrated type Chassis (扁平型車臺, flatform chassis).
상기 프레임의 중간층을 형성하는 상기 복수의 세심관에는 원통형 표준 배터리를 직렬 수납하여 모터와 전장장치 등을 구동하는 에너지부를 형성하고,
세로축 방향의 상기 프레임 중심축선상의 상기 양정현파 중공관은, 상기 세심관 중간층(core) 두께의 두 배 이상의 직경을 갖되, 자동차 구동원인 직렬 모터를 상기 중공관 내부에 격납하며,
상기 세심관 사이의 공간은 상기 보조 채움관을 채워 공기유동통로(채널)로 하고,
상기 세심관과 상기 보조 채움관 사이 나머지 빈 공간은 냉각수 혹은 상변화물질로 충진하고,
상기 보조채움관을 외부 대기로 열을 방출하는 냉각공기 유관으로 활용하여 상기 바깥층의 방열판 기능과 함께 열교환의 냉각계통을 형성함으로써, 상기 양정현파 중공관에 격납되는 구동원인 상기 모터부와, 상기 세심관 내부에 수납되는 에너지원인 배터리부와, 상기 세심관과 상기 보조채움관, 및 상기 양면 바깥층을 방열판으로 하는 프레임이 하나의 섀시로 통합되는 것을 특징으로 하는 통합형 편평형차대(扁平型車臺, flatform chassis).The method according to any one of claims 1 to 2,
An energy unit for driving a motor, an electric device, and the like by forming a cylindrical standard battery in series is formed in the plurality of mesial tubes forming the intermediate layer of the frame,
The sine wave hollow tube on the central axis of the frame in the vertical axis direction has a diameter of at least twice the thickness of the core of the mesial tube, and stores a serial motor as a driving source of the vehicle inside the hollow tube.
The space between the meticulous pipes fills the auxiliary filling pipes to make an air flow path (channel),
The remaining empty space between the meticulous tube and the auxiliary filling tube is filled with cooling water or a phase change material,
By utilizing the auxiliary filling pipe as a cooling air flow pipe that emits heat to the outside atmosphere, a cooling system of heat exchange with the heat sink function of the outer layer is formed, so that the motor part as a driving source stored in the positive sine wave hollow pipe and the attentiveness An integrated flat-type chassis, characterized in that a battery part that is an energy source stored inside the tube, the meticulous tube, the auxiliary filling tube, and the frame using the outer layers of both sides as a heat sink are integrated into one chassis. chassis).
중간층인 상기 세심관과 직교하는 상기 활꼴의 단면을 가지는 보강용 비드부는, 상기 중간층(core)을 보강하고 외력을 상기 세심관으로 분산시키는 기능과, 차량 부속장치를 섀시에 장착할 때 핀이나 볼트의 설치장소로서의 기능을 가지며,
상기 보강용 비드부 내부에 4개소의 원통 실린더와 단면방향 3열로 복수개의 비드 너트부를 구비하여, 상기 원통실린더에 중공원형보(hollow cylinder beam)를 삽입하여 지지점을 확보하고, 상기 보강용 비드부를 볼트와 너트로 체결하여 차체(보디)와 부속장치를 접합함으로써 핀이나 볼트 등의 체결장치가 상기 세심관을 관통하지 않게 하여 구멍이나 노치(notch) 등에서 발생되는 응력집중과 국부응력을 활꼴 형상의 상기 양면 바깥층과 상기 보강용 비드부를 경유하여 상기 프레임 전체면으로 분산시키는 것을 특징으로 하는 통합형 편평형차대(扁平型車臺, flatform chassis).According to claim 2,
A reinforcement bead portion having a cross section of the arch orthogonal to the mesial tube, which is an intermediate layer, has a function of reinforcing the intermediate layer and distributing external force to the mesial tube, and pins or bolts when attaching a vehicle accessory to the chassis. It has a function as a place of installation,
Four cylindrical cylinders and a plurality of bead nut parts in three rows in the cross-section direction are provided inside the reinforcing bead part, inserting a hollow cylinder beam into the cylindrical cylinder to secure a support point, and the reinforcing bead part By fastening bolts and nuts to join the vehicle body (body) and attachments, pins or bolts do not penetrate fasteners such as pins or bolts, so that stress concentration and local stresses generated in holes or notches are in the shape of an arch. An integrated flat-type chassis, characterized in that it is dispersed to the entire surface of the frame via the double-sided outer layer and the reinforcement bead.
상기 프레임 가장자리의 테두리보는,
상기 프레임의 양면 바깥층을 상기 테두리보의 양측면 중 내측 한 측면에 삽입하고,
상기 테두리보의 플랜지와 상기 프레임의 경계면을 겹치기 이음이나 필릿용접으로 가장자리를 접합하며,
상기 테두리보의 바깥쪽 다른 한 측면에는, 바퀴 구동축상의 조향과 현가장치 안치부, 펜더부와 바디 지지부, 보닛과 앞범퍼 안치부, 트렁크와 뒷범퍼 안치부 등을 리벳, 볼트, 용접 등의 방법으로 차체(body)와 접합하며,
상기 테두리보 바깥쪽 상하 플랜지와 웨브 사이의 빈공간은, 하네스 케이블과 배터리 배선 케이블의 덕트와, 배터리와 모터 냉각용 파이트의 덕트를 수납하고, ㄷ자 형상의 채널보(channel beam)를 부가하여 빈공간을 외측면과 격리하여,
상기 테두리보의 플랜지와 웨브, 상기 채널보의 플랜지와 웨브가 결합하여 상자형보(box beam)의 조립보를 형성하는 것을 특징으로 하는 통합형 편평형차대(扁平型車臺, flatform chassis).According to claim 2,
The border of the frame edge,
Insert the outer layer on both sides of the frame on one side of the inner side of both sides of the frame,
The edge of the flange and the frame of the frame beam are joined by overlapping joints or fillet welding.
On the other side of the outer side of the rim beam, steering and suspension arrangement on the wheel drive shaft, fender and body support, bonnet and front bumper inside, trunk and rear bumper inside, etc. are riveted, bolted, welded, etc. With the body,
The empty space between the upper and lower flanges and the web outside the rim beam, the duct of the harness cable and the battery wiring cable, and the duct of the battery and the motor cooling pipe, are added to the U-shaped channel beam. By separating the space from the outer side,
An integrated flat flat chassis, characterized in that the flange and web of the rim beam and the flange and web of the channel beam are combined to form an assembled beam of a box beam.
상기 세심관에 실장되는 배터리는, 마이너스(-) 전극의 리드선을 구비한 배터리 소켓에 직렬 격납되어 상기 세심관에 수납되고 끝단의 플러스(+) 전극 단자와 함께 상기 세심관 수납용의 배터리모듈을 형성하되,
상기 배터리모듈은 전원회로와 연결되는 배터리 콘센트와 플러스(+) 단자와 마이너스(-) 단자가 요철(凹凸)형으로 체결되고, 전원관리시스템과 성형(star)방식으로 전원에 결선되며, 자동차 프레임의 배터리부는 중앙축선인 상기 양정현파 중공관을 기준으로, 센터측 배터리 수납공간과, 사이드측 배터리 수납공간으로 구분하되, 양측 사이드측 세심관의 배터리모듈은 기저전원용으로, 센터측 세심관 모듈은 중간전원 혹은 첨두전원용으로 하되, 상기 센터측 세심관 모듈은 손쉽게 탈착(脫着)이 가능하도록 상기 테두리보에 시건장치를 구비한 탈착용 인입부를 선택사양으로 구비하여 배터리 추가, 교환을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 통합형 편평형차대(扁平型車臺, flatform chassis). The method according to any one of claims 1 to 3,
The battery mounted on the mesial tube is stored in series in a battery socket provided with a negative (-) electrode lead wire, is accommodated in the mesial tube, and includes a positive (+) electrode terminal at the end, and a battery module for storing the mesial tube. To form,
In the battery module, a battery outlet connected to a power circuit, a plus (+) terminal, and a minus (-) terminal are fastened in a concave-convex shape, and connected to a power source by a power management system and a star method. The battery part of the center axis, based on the positive sine wave hollow tube, is divided into a center side battery storage space and a side side battery storage space, but the battery modules of both side side deep-seated pipes are for base power, and the center side deep-pipe module is It is used for intermediate power or peak power, but the center-side center tube module is equipped with a detachable inlet part equipped with a locking device as an option so that it can be easily detached. Integrated flat-type chassis, characterized in that (扁平型車臺, flatform chassis).
상기 각각의 배터리모듈은 주배전교환시스템(Main Distribution & Switching System, MDSS)에 접속되고,
상기 주배전교환시스템(MDSS)은 N개의 입력과 M개의 출력선이 스위치로 연결되어, N×M개의 스위치 소자인 매트릭스 컨버터회로 기능의 양방향 전력변환(Matrix Switching)기능을 갖는 전력용반도체소자(Power Semiconductor Devices, PSD)로 구성하되,
충전과 방전, 회로차단, 센서신호(온도, 과전류, 과전압 등) 감지와, 배터리 방전과 충전 순서지정, 회생제동용 배터리모듈 지정 등을 모듈별로 분리하여 순서를 할당함으로써 상기 배터리 셀의 충방전 횟수를 줄여 수명을 연장하며, 충전소요시간을 단축하는 것을 특징으로 하는 통합형 편평형차대(扁平型車臺, flatform chassis). The method of claim 6,
Each battery module is connected to a main distribution & switching system (MDSS),
The main power distribution switching system (MDSS) has N inputs and M output lines connected to a switch, and is a semiconductor device for power having a bidirectional power switching (Matrix Switching) function of a matrix converter circuit function of N×M switch elements ( Power Semiconductor Devices, PSD),
The number of charge/discharge cycles of the battery cells by allocating the order by separating each module by charging and discharging, circuit blocking, sensor signal (temperature, overcurrent, overvoltage, etc.) detection, battery discharge and charging sequence designation, and regenerative braking battery module assignment. Integrated flat type chassis, characterized by shortening the lifespan and reducing the charging time.
상기 양정현파중공관에 격납되는 동력원인 직렬모터는, 모터함체 원주면에 외접하는 지름 10mm의 오목 홈과, 상기 양정현파 중공관 내측의 음정현파 오목 홈으로 형성되는 36개소의 오목형 요(凹)홈을 구비하여 냉각배관과 코일배선 및 충격절연용 패드를 수납하는 공간으로 활용하되,
6개의 수랭식 냉각시스템 배관파이프와 6개의 공랭식 냉각시스템 공기유관과 12개의 모터 코일가이드부와 12개의 충격절연용패드를 수납하되 탄성중합체인 고무 재질의 진동과 충격흡수 목적의 충격절연용패드는, 수납 홈 직경 10mm의 √2배(1.4142) 굵기로, 탄성 압축용량을 확보하여 인장(引張)시켜 요철홈에 삽입한 후, 이완(弛緩)시켜 탄성을 회복시키는 방법으로 상기 모터를 고정하여, 응력집중을 초래하는 볼트나 쐐기없이 상기 모터부를 격납하며, 상기 모터의 회전진동과 바퀴의 구름진동을 상호간 절연(isolation)시켜, 상기 모터와 상기 프레임 구조물의 피로를 감소시키는 것을 특징으로 하는 통합형 편평형차대(扁平型車臺, flatform chassis).The method according to any one of claims 1 to 3,
The series motor, which is a power source stored in the positive sinusoidal hollow tube, has a concave groove having a diameter of 10 mm circumscribed to the circumferential surface of the motor housing and 36 concave recesses formed by a negative sinusoidal concave groove inside the positive sinusoidal hollow tube. )Used as a space for storing cooling pipes, coil wiring, and pads for shock insulation by providing grooves,
6 water-cooled cooling system piping pipes, 6 air-cooled cooling system air oil pipes, 12 motor coil guide parts and 12 shock-insulating pads are housed, but the elastic rubber-made shock insulation pads for vibration and shock absorption purposes, √2 times (1.4142) diameter of the receiving groove 10 mm in diameter, secures the elastic compression capacity, pulls it into the concave-convex groove, and then loosens it to fix the motor to fix the elasticity. An integrated flat undercarriage characterized by storing the motor part without bolts or wedges causing concentration, and reducing the fatigue of the motor and the frame structure by isolating the rotational vibration of the motor and the rolling vibration of the wheel to each other. (扁平型車臺, flatform chassis).
상기 양정현파중공관에 격납되는 동력원인 상기 직렬모터는, 모터 회전축이 바퀴축과 직교방향으로 교차하는 곳에, 상기 프레임의 바깥층과 상기 양정현파중공관을 천공(穿孔)하여, 구동기어 인출구를 전륜, 후륜, 전후륜에 구비하며, 한 개 직렬모터로 전륜, 후륜 혹은 사륜구동을 조합하고,
상기 직렬모터부의 구동축에는 비틀림각 방향이 서로 반대인 한 쌍의 헬리컬기어를 조합하여 축방향 하중을 제거하는 더블헬리컬기어(double helical gear)를 장착하여 동력계통(파워트레인)의 구동기어부로 삼으며, 상기 직렬모터부의 구동기어부와 차동기어부 중간에는, 더블헬리컬기어와 보조회전축(Aux. shaft)으로 구성되는 정합기어부(matching gear)를 안치하여 상기 직렬모터부와 바퀴부를 분리하여, 모터 구동축의 원점(O)을 인상(引上)하고, 일정비율의 감속효과와, 부하 임피던스(Z)를 정합시키는 것을 특징으로 하는 통합형 편평형차대(扁平型車臺, flatform chassis). The method of claim 8,
The serial motor, which is a power source stored in the positive sine wave hollow tube, drills the outer layer of the frame and the positive sine wave hollow tube, where the motor axis of rotation intersects the wheel axis in a direction orthogonal to the front wheel of the drive gear outlet. , Provided on the rear and front and rear wheels, combines the front, rear or four-wheel drive with one serial motor,
A double helical gear that removes an axial load by combining a pair of helical gears with opposite torsion angles is mounted on the drive shaft of the serial motor part as a drive gear part of a power system (power train). , In the middle of the drive gear portion and the differential gear portion of the serial motor portion, the matching gear portion consisting of a double helical gear and an auxiliary shaft (Aux. shaft) is placed to separate the serial motor portion and the wheel portion to separate the motor drive shaft. An integrated flat-type chassis, characterized by raising the origin (O), matching the deceleration effect at a constant rate, and the load impedance (Z).
상기 배터리의 열전달 과정인 전도와 대류를 최대화하기 위해, 상기 배터리를 상기 세심관 전체에 분산 수납하여 열방출 면적을 늘리고, 상기 세심관 사이 공간 및 상기 세심관과 상기 바깥층 사이 공간에, 상기 보조 채움관을 채워 상기 배터리의 열전도와 대류면적을 확대함으로써, 상기 세심관 반경(R)대비 1.62π(5.08)배의 방열면적을 확장하고 외부 대기와 접하는 양면의 바깥층(face)을 방열판으로 활용하며,
상기 세심관 사이공간과 상기 보조 채움관을, 흡기구와 배기구를 갖는 공기 유관(튜브)으로 연결하고, 상기 유관의 축 방향으로 기체를 송풍하는 축류송풍기를 추가하여, 온도 상승시 외부 에너지로 구동하여 외부대기로 열교환하는 배터리 냉각시스템의 공랭식 냉각방식을 특징으로 하는 통합형 편평형차대(扁平型車臺, flatform chassis).The method according to any one of claims 1 to 6,
In order to maximize conduction and convection, which is a process of heat transfer of the battery, the battery is distributedly stored in the entirety of the mesial tube to increase the heat dissipation area, the space between the mesial tube and the space between the mesial tube and the outer layer, the auxiliary filling By expanding the heat conduction and convective area of the battery by filling the tube, the heat dissipation area of 1.62π (5.08) times larger than the radius of the mesial tube (R) is expanded, and the outer surfaces of both surfaces in contact with the outside atmosphere are utilized as a heat sink,
By connecting the space between the fine pipes and the auxiliary filling pipe to an air flow pipe (tube) having an intake port and an exhaust port, and adding an axial flow blower to blow gas in the axial direction of the flow pipe, to drive with external energy when the temperature rises An integrated flatform chassis, characterized by air-cooled cooling of the battery cooling system that heats to the outside atmosphere.
상기 배터리 냉각시스템의 공랭식 냉각방식에 더하여, 상기 배터리를 수납하는 상기 세심관과 상기 보조 채움관 사이 빈 공간에, 냉각제로 물(水)을 투입하는 수랭식 냉각방식과, 축열과 방열의 열교환 효과를 더욱 개선하기 위해 파라핀(paraffin), 이온화합물 등의 상변화물질을 주입하는 상변화물질 냉각방식과, 상기 보조 채움관을 축류송풍기로 강제송풍하여, 상기 배터리셀의 폐열을 외부대기로 배출시키거나 자동차 공조시스템에 재활용하며,
외부로 상기 배터리셀의 열을 열을 방출하는 공랭식 냉각방식을 기본으로 하되, 수랭식 혹은 상변화물질 냉각방식과 조합하여, 공랭식과 수랭식의 조합, 혹은 공랭식과 상변화물질 냉각방식 조합의, 하이브리드 냉각방식으로 냉각효율을 개선하는 하는 것을 특징으로 하는 통합형 편평형차대(扁平型車臺, flatform chassis).The method of claim 10,
In addition to the air-cooled cooling method of the battery cooling system, a water-cooled cooling method in which water is added as a coolant to the empty space between the center tube and the auxiliary filling pipe housing the battery, and heat exchange effects of heat storage and heat dissipation In order to further improve the phase change material cooling method for injecting phase change materials such as paraffin and ionic compounds, and forcibly blowing the auxiliary filling pipe with an axial flow blower, discharge the waste heat of the battery cell to the outside atmosphere or Recycling to automotive air conditioning system,
Based on an air-cooled cooling method that discharges heat from the battery cell to the outside, but in combination with a water-cooled or phase-change material cooling method, a combination of air-cooling and water-cooling, or a combination of air-cooling and phase-changing material cooling methods, hybrid cooling Integrated flat-type chassis, characterized by improving the cooling efficiency in a manner.
세로축 방향 중심축선상의 상기 양정현파중공관 내부에 자동차 구동원인 상기 직렬모터를 격납하지 않고,
상기 세심관(100)을 수평방향으로 3개, 4개, 5개, 4개, 3개를 적층하고, 다수의 보조 채움관을 육방격자형으로 집속하여 19개의 상기 배터리모듈을 추가하고,
섀시 프레임 전륜측의 보닛과 후륜측 트렁크부에 전기자동차 동력원으로 방사형모터(radial motoor)나 바퀴내부에 인휠모터(in-wheel motor)를 섀시프레임 외장형으로 설치하되,
방사형모터의 동력계통(power train)은, 대시보드 안치부와 시트안치부 및 바퀴구동축상의 보강용비드부와 테두리보를 지지점으로 하는 동력계통 고정부를 구비하여, 모터부, 바퀴구동축, 차동기어부, 조향장치와 현가장치 등을 안치하고,
바퀴내부에 설치하는 인휠모터의 지지부는, 상기 섀시 프레임의 조향과 현가장치 안치부의 보강용비드부 내부 8개소의 원통형실린더에 중공원형보를 삽입하여 지지점을 확보하고,
상부와 하부측 3열로 배열되는 비드 너트부에 볼트로 체결하여 모터와 조향 및 현가장치를 지지하고,
구동전원선과 냉각시스템의 인입과 인출부를 구비하여 인휠모터(in-wheel motor)를 설치하고,
상기 세심관 내부에 수납되는 에너지원인 배터리부와, 상기 세심관과 상기 보조채움관, 및 상기 양면 바깥층을 방열판으로 하는 프레임이 하나의 섀시로 통합되고, 동력원인 모터부는 섀시 외장형으로 설치되는 것을 특징으로 하는 통합형 편평형차대(扁平型車臺, flatform chassis).The method according to any one of claims 1 to 11,
Without storing the in-line motor as the driving source of the car inside the sine wave hollow tube on the central axis in the longitudinal axis direction,
Three, four, five, four, and three stacked fine pipes 100 are horizontally stacked, and a plurality of auxiliary filling pipes are focused in a hexagonal shape to add 19 battery modules,
Chassis frame Install a radial motoor or an in-wheel motor inside the wheel as an electric vehicle power source in the bonnet on the front wheel side and the trunk portion on the rear wheel side.
The power train of the radial motor includes a dashboard inner seat and seat seat, a reinforcement bead on the wheel drive shaft, and a power system fixing part having a rim beam as a support point, such as a motor part, a wheel drive shaft, and a differential gear part. , Steering and suspension devices,
The support part of the in-wheel motor installed inside the wheel secures a support point by inserting a hollow cone into eight cylindrical cylinders inside the bead for reinforcement of the steering and suspension of the chassis frame.
Bolted to the bead nut section arranged in three rows on the upper and lower sides to support the motor, steering and suspension,
An in-wheel motor is installed with a driving power line and a cooling system inlet and outlet.
The battery part, which is an energy source stored inside the mesial tube, and the frame that uses the mesial tube, the auxiliary filling tube, and the outer layer of both sides as a heat sink are integrated into one chassis, and the motor part, which is the power source, is installed as a chassis exterior type. Integrated flat-form chassis.
상기 편평형차대의 하부 바닥판(Floor Pan)에 형성되는 세로방향의 양정현파중공관과 가로방향의 상기 보강용비드부와 상기 테두리보로 형성되는 위치와 요철(凹凸)형의 요(凹)공간에 차량용 무선충전 집전장치인 수신패드 혹은 카패드(CarPad)를 안치하고,
상기 카패드는 내부에 원형의 2차측 집전코일을 육방격자형으로 배열하여, 지상의 충전패드나 도로상 급전선의 1차 급전코일과 전자기회로를 형성하여, 전기에너지를 전자기파로 수신하여 배터리셀을 충전하거나 모터를 구동하는 무선 전력 전송(wireless power transfer)회로를 제공하되,
상기 카패드의 두께는 양정현파중공관과 보강용 비드부(106)의 활꼴 형상의 돌출높이 이하로 하고,
상기 카패드의 고정은 보강용비드부에 3열로 배열되는 비드 너트부에 복수개의 볼트로 체결하며,
상기 카패드의 배선케이블은 상기 보강용 비드부 원통실린더 내부로 수납하여, 섀시외부를 일주하는 상기 테두리보의 외측공간으로 인출하여 충전회로부와 주배전교환시스템으로 연결하는 무선 전력전송시스템을 구비하는 것을 특징으로 하는 통합형 편평형차대(扁平型車臺, flatform chassis).The method according to any one of claims 1 to 12,
Positions formed by the vertical sine wave hollow pipes formed in the bottom pan of the flat undercarriage and the reinforcing bead portions and the rim beams in the horizontal direction and the concavo-convex spaces Place the receiving pad or car pad (CarPad), which is a wireless charging current collector for a vehicle,
The car pad has a circular secondary current collector coil arranged in a hexagonal lattice shape inside, forming an electromagnetic circuit with a primary charging coil of a ground charging pad or a feeder on the road, and receiving electric energy as electromagnetic waves to receive battery cells. To provide a wireless power transfer (wireless power transfer) circuit for charging or driving the motor,
The thickness of the car pad is less than the protruding height of the arch shape of the positive sine wave hollow tube and the reinforcing bead portion 106,
The fixing of the car pad is fastened with a plurality of bolts to the bead nut portion arranged in three rows in the reinforcing bead portion,
The wiring cable of the car pad is provided with a wireless power transmission system that is received inside the cylindrical cylinder of the reinforcing bead, and is drawn out to the outer space of the rim beam around the chassis, and connected to the charging circuit and the main distribution exchange system. Integrated flat-type chassis, characterized in that (扁平型車臺, flatform chassis).
자동차 섀시 프레임을 형성하는 상기 세심관의 배열 방향을 표준적인 세로방향에서 가로방향으로 변경하되, 상기 세심관 방향과 직교하는 비드 보강은 세로방향으로 배열하며, 상기 양정현파중공관을 전륜구동축과 후륜구동축으로 분리하여, 모터의 구동을 전륜구동, 후륜구동, 전후륜 구동의 3가지 조합으로 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 통합형 편평형차대(扁平型車臺, flatform chassis).The method according to any one of claims 1 to 13,
The arrangement direction of the mesial tube forming the vehicle chassis frame is changed from a standard vertical direction to a horizontal direction, but the bead reinforcement orthogonal to the mesial tube direction is arranged in the vertical direction, and the sine wave hollow tube is arranged in the front wheel drive shaft and the rear wheel. Separated by a drive shaft, the integrated flat wheel chassis (대平型 있는), characterized in that the drive of the motor can be used in three combinations of front-wheel drive, rear-wheel drive and front-wheel drive.
자동차 섀시 프레임을 형성하는 상기 세심관을 수소연료 저장탱크로 전환하고, 연료전지를 탑재하는 수소연료전지 자동차, 또는
상기 세심관을 가스 혹은 액체 화석연료를 저장하는 탱크로 전환하고, 상기 양정현파중공관에 소구경 가스터빈을 탑재하는 터빈엔진 자동차, 또는
보닛부에 내연기관 엔진을 탑재하는 내연기관 자동차, 또는
상기 세심관을 화석연료와 배터리를 수납하는 공간으로 전환하고, 상기 양정현파중공관의 직렬모터와 가스터빈 혹은 내연기관을 병용하는, 하이브리드자동차(HEV)나 플러그인하이브리드자동차(PHEV)의 차대로 활용하는 것을 특징으로 하는 통합형 편평형차대(扁平型車臺, flatform chassis).
The method according to any one of claims 1 to 14,
A hydrogen fuel cell vehicle that converts the fine tube forming a vehicle chassis frame into a hydrogen fuel storage tank and mounts a fuel cell, or
A turbine engine vehicle that converts the fine pipe into a tank for storing gas or liquid fossil fuel, and mounts a small-diameter gas turbine on the positive sine wave hollow pipe, or
An internal combustion engine vehicle equipped with an internal combustion engine engine on the bonnet, or
Converting the mesial tube into a space for storing fossil fuels and batteries, and using it as a hybrid vehicle (HEV) or a plug-in hybrid vehicle (PHEV), which uses a serial motor and a gas turbine or an internal combustion engine of the positive sine wave hollow tube. Integrated flat-type chassis, characterized in that (扁平型車臺, flatform chassis).
상기 세심관 내부에 격납되는 초소형 연료탱크는,
외경지름(D)23mm의 실린더형 몸체와, 양단에 반지름(R) 11.5mm의 반구형 쉘(shell) 볼록부를 구비한, 원형단면을 갖는 폐구조물 압력용기(pressure vessel)로서, 실린더형 몸체의 원주응력(σ₁)을 연료탱크, 세심관, 보조채움관 및 양면바깥층의 4중 재료의 몸체에 기하적 형상으로 응력을 분산시키며,
반구형 쉘(shell) 볼록부의 축방향 응력(σ₂)은 내압을 견디는 이상적 형태인 반구형 쉘 볼록부에 더하여, 상기 테두리보의 웨브로 분산시키는 것을 특징으로 하는 통합형 편평형차대(扁平型車臺, flatform chassis).The method of claim 15,
The ultra-small fuel tank stored inside the meticulous tube,
A pressure vessel of a closed structure having a circular cross-section, having a cylindrical body having an outer diameter (D) of 23 mm and a hemispherical shell convex portion of a radius (R) of 11.5 mm at both ends. The stress (σ₁) is distributed in a geometric shape to the fuel tank, the meticulous tube, the auxiliary filling tube, and the body of the quadruple material of the double-sided outer layer.
The axial stress (σ₂) of the hemispherical shell convex portion is in addition to the hemispherical shell convex portion which is an ideal form to withstand the internal pressure, and is integrated flat flat chassis, characterized in that it is dispersed into the web of the rim beam. ).
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