KR20210084970A - 전기상용차 배터리 교체장치 - Google Patents

전기상용차 배터리 교체장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기상용차 배터리 교체장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기 상용차의 배터리 충전은 충전소에서 시행하고, 충전완료된 배터리를 운행중인 상용차에 장착하기 위한 교체장치로서, 배터리 위치를 파악하기 위한 위치 측정기, 배터리 탈거를 위한 배터리 리프트, 배터리 케이스를 분리와 체결을 위한 너트 런너, 충전된 배터리를 공급하는 피딩기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기상용차 배터리 교체장치에 관한 것이다.
본 발명은 전기 상용차 프레임(10)의 고정 브라켓(20)에 부착된 배터리 케이스(30)의 위치를 파악하기 위한 위치 측정기와; 상기 위치 측정기의 신호에 의하여, 배터리 케이스(30)의 하부 케이스(37)를 지지하고, 수직 내지 수평 이동하는 배터리 리프트와; 상기 배터리 케이스(30)의 너트 체결부(35)에서 배터리 케이스 체결용 볼트(24)를 분리와 체결을 위한 너트 런너와; 충전된 배터리를 공급하고, 수직 내지 수평이동하여 배터리 체결부 위치로 리프팅하는 배터리 피딩기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전기상용차 배터리 교체장치 {Electric commercial vehicle battery replacement device}
본 발명은 전기상용차 배터리 교체장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기 상용차의 배터리 충전은 충전소에서 시행하고, 충전완료된 배터리를 운행중인 상용차에 장착하기 위한 교체장치로서, 배터리 위치를 파악하기 위한 위치 측정기, 배터리 탈거를 위한 배터리 리프트, 배터리 케이스를 분리와 체결을 위한 너트 런너, 충전된 배터리를 공급하는 피딩기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기상용차 배터리 교체장치에 관한 것이다.
국내외적으로 엔진차량의 증가에 따른 화석연료의 사용으로 대기오염이 심화됨에 따라 자동차 분야에서도 환경 규제가 강화되고 있으며 전기자동차(Electric Vehicle) 등과 같은 친환경 차량의 보급을 통해 배출가스 저감사업이 활발히 진행되고 있다.
순수 전기자동차에 앞서 하이브리드 전기자동차가 대중화되고 있지만, 친환경 자동차를 만족시키기 위해서는 순수 전기자동차 개발이 필요한 실정이다.
현재의 기술력으로 배터리를 급속충전하는 기술은 약 30분 이내에 완전 충전하는 기술에 개발되고 있지만, 통상적으로 내연기관의 자동차가 주유소에서 5분 이내의 시간을 소요되는 것을 고려해볼때, 충전에 소요되는 시간은 전기자동차의 대중화의 걸림돌이다.
그리고 본 발명은 2톤 미만의 상용자동차에 적용되는 전기 상용차에 관한 것이다. 따라서 전기 상용차에서 완전 충전에 소요되는 시간은 35~40분이 소요됨에 따라 급속 충전보다는 배터리 케이스를 교체하는 것이 빠를 것으로 예상된다.
배터리 충전이 필요할 경우, 상용차 충전소에 도착하면, 방전된 배터리를 제거하고, 완전 충전된 배터리로 교체하는데 소요되는 시간은 4~5분정도 소요되므로, 통상적으로 내연기관의 자동차가 주유소에서 머무는 시간과 동일하다.
상기 방전된 배터리는 상용차 충전소에서 급속 충전 내지 일반 충전을 하면, 상용차를 전기 상용차로 대체하는데 걸림돌은 없을 것으로 예상된다.
1. KR 10-2019-0108753A, '전기자동차의 배터리 교체방법 및 전기자동차', 공개일자: 2019.09.25. 2. KR 20-2016-0001976U, '전기 자동차용 배터리 및 그 탈착을 위한 장치', 공개일자: 2016.06.09. 3. KR 10-2012-0114490A, '배터리교환방식의 전기차 충전스테이션 시스템', 공개일자: 2012.10.17. 4. KR 10-2013-0069111A, '전기 자동차용 배터리의 탈착장치', 공개일자: 2013.06.26.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하고자 창안된 것으로서, 전기 상용차 프레임에서 배터리 위치를 파악하기 위한 위치 측정기, 배터리 탈거를 위한 배터리 리프트, 배터리 케이스를 분리와 체결을 위한 너트 런너, 충전된 배터리를 공급하는 피딩기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기상용차 배터리 교체장치를 개시하는 것이 본 발명의 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전기 상용차 프레임(10)의 고정 브라켓(20)에 부착된 배터리 케이스(30)의 위치를 파악하기 위한 위치 측정기와; 상기 위치 측정기의 신호에 의하여, 배터리 케이스(30)의 하부 케이스(37)를 지지하고, 수직 내지 수평 이동하는 배터리 리프트와; 상기 배터리 케이스(30)의 너트 체결부(35)에서 배터리 케이스 체결용 볼트(24)를 분리와 체결을 위한 너트 런너와; 충전된 배터리를 공급하고, 수직 내지 수평이동하여 배터리 체결부 위치로 리프팅하는 배터리 피딩기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기상용차 배터리 교체장치를 개시하고자 한다.
또한, 본 발명의 배터리 케이스(30)는, 배터리 팩을 수용하는 하부 케이스(37)와; 상기 하부 케이스(37)와 체결되며, 배터리 팩을 밀폐형을 형성하는 커버(33)와; 상기 하부 케이스(37) 일측면부와 체결되며, 배터리 팩과 외부와 연결하기 위한 MSD 세이프티 플러그(32)와 플러그 지지대(31)와; 상기 하부 케이스(37)의 측면부와 연결되고, 상기 고정 브라켓(20)과 체결용 볼트(24)로 체결되는 너트 체결부(35)와, 체결위치를 가이드하는 위치 가이드 부(36)를 구비한 측면 체결부(34)를; 포함하는 것을 특징으로 하는 전기상용차 배터리 교체장치를 개시하고자 한다.
또한, 본 발명의 고정 브라켓(20)은, 전기 상용차 프레임(10)의 부재와 중복을 회피하기 위한 홈(22)을 구비한 상단 브라켓(21)과; 상기 상단 브라켓(21)과 체결되며, 체결용 볼트와 연결하기 위한 홀과 'ㄷ'자 형태의 절곡부(25)를 구비한 하부 브라켓(23);을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기상용차 배터리 교체장치를 개시하고자 한다.
상기 해결수단으로 본 발명은 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 본 발명의 배터리 교체장치를 이용하면, 자동차가 충전소에 들어오면 방전된 배터리를 완전 충전된 배터리로 교체하면서, 교체시간도 5분이내를 만족하기 때문에 배터리 충전을 위한 대기시간이 대폭적으로 줄어들게 된다.
둘째, 방전되어 전기 상용차에서 분리된 배터리는 급속 충전이 아닌 일반 충전으로 장시간 충전함으로써 배터리 수명이 연장되는 효과를 가진다.
셋째, 배터리 규격과 크기가 표준화가 된다면 배터리 교체시간은 더욱 단축될 것으로 예상된다.
도 1은 전기 상용차 프레임(10) 센터 하부에 체결된 배터리 케이스의 사시도(A) 및 분해도(B)이다.
도 2는 배터리 케이스 고정 브라켓(20)의 사시도(A) 및 정면도(B)이다.
도 3은 배터리 케이스의 전방 사시도(A)와 후방 사시도(B)이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예의 구성도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분(전기회로, 기타 소요 부품 등과 같은 제반사항)은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기, 색상 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여, 구성요소별 색상을 도면에서와 같이 표현하였지만 특허 권리 범위는 다양한 색상을 다 포함하는 것이 자명하다.
도면 내지 구성요소의 두께 내지 크기 또한 표현을 명확하게 하기 위하여 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서 설명의 편의를 위하여 일부 부분 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
본 발명은 전기상용차 배터리 교체장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기 상용차의 배터리 충전은 충전소에서 시행하고, 충전완료된 배터리를 운행중인 상용차에 장착하기 위한 교체장치로서, 배터리 위치를 파악하기 위한 위치 측정기, 배터리 탈거를 위한 배터리 리프트, 배터리 케이스를 분리와 체결을 위한 너트 런너, 충전된 배터리를 공급하는 피딩기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기상용차 배터리 교체장치에 관한 것이다.
상용차를 전기자동차로 개발하기 위해서는 배터리 충전시간이 가장 큰 개발의 걸림돌이다.
현재의 기술력으로 급속충전을 실시할 경우, 충전시간이 30~50분이 소요되므로, 상용차의 적용 업종을 고려할때 현실성이 떨어지는 단점이 있다.
따라서, 상기 문제점을 해결하고자 창안된 것이, 본 발명은 전기 자동차 충전소에서 자동차에 연결된 배터리를 충전하는 것이 아니라, 자동차에 부착된 배터리 케이스를 분리하고, 이전에 완전 충전된 배터리를 교체 내지 교환하는 방법을 개시하고자 한다.
상기와 같이 배터리를 교환하는 방법을 사용할 경우, 배터리 교체에 소요되는 시간은 4~5분정도이므로, 통상적으로 내연기관 자동차의 주유시간과 동일하다.
분리된 배터리는 전기 자동차 충전소에서 일반모드로 충전하기로 한다.
도 1은 전기 상용차 프레임(10) 센터 하부에 체결된 배터리 케이스의 사시도(A) 및 분해도(B)이며, 도 2는 배터리 케이스 고정 브라켓(20)의 사시도(A) 및 정면도(B)이며, 도 3은 배터리 케이스의 전방 사시도(A)와 후방 사시도(B)이다.
도 1 내지 도 3을 참조하며 설명하면, 전기 상용차의 배터리는 쉽게 탈부착이 가능하도록 프레임 내부에 밀폐된 구조나 외부 충격 방지용 프레임이 존재하지 않는 것이 바람직하다.
도 1에서와 나타낸 것과 같이, 배터리 케이스(30)는 전기 상용차 프레임(10)에서 용이하게 분리 및 재조립이 가능하도록 고정 브라켓(20)에 체결용 볼트(24)로 체결되는 것이 바람직하다.
도 1 내지 도 2에서 나타낸 것과 같이, 본 발명의 고정 브라켓(20)은, 전기 상용차 프레임(10)의 일측면부에 체결되는 것이 바람직하다.
상기 고정 브라켓(20)은, 전기 상용차 프레임(10)의 부재와 중복을 회피하기 위한 홈(22)을 구비한 상단 브라켓(21)과; 상기 상단 브라켓(21)과 체결되며, 체결용 볼트와 연결하기 위한 홀과 'ㄷ'자 형태의 절곡부(25)를 구비한 하부 브라켓(23);을 포함한다.
상기 상단 브라켓(21)은 내구성과 구조 안정성을 확보하기 위하여 일측면부에 하나 이상의 보강 에지(28)와, 전기 상용차 프레임(10)의 부재와 중복을 회피하기 위한 홈(22)을 구비하는 것이 바람직하다.
상기 하부 브라켓(23)은 상기 상단 브라켓(21)과 리벳이나 용접으로 체결되는 것이 바람직하며, 체결용 볼트와 연결하기 위한 홀과 'ㄷ'자 형태의 절곡부(25)를 구비하는 것이 바람직하다.
상기 하부 브라켓(23)의 절곡부는 전기 상용차 프레임(10)과 체결성을 확보하기 위한 걸림턱의 기능과, 배터리 분리와 재조립 과정에서 발생되는 충격을 흡수 기능을 확보하기 위한 것이다.
도 3은 배터리 케이스의 전방 사시도(A)와 후방 사시도(B)이다.
도 3에서 나타낸 것과 같이, 본 발명의 배터리 케이스(30)는, 배터리 팩을 수용하는 하부 케이스(37)와; 상기 하부 케이스(37)와 체결되며, 배터리 팩을 밀폐형을 형성하는 커버(33)와; 상기 하부 케이스(37) 일측면부와 체결되며, 배터리 팩과 외부와 연결하기 위한 MSD 세이프티 플러그(32)와 플러그 지지대(31)와; 상기 하부 케이스(37)의 측면부와 연결되고, 상기 고정 브라켓(20)과 체결용 볼트(24)로 체결되는 너트 체결부(35)와, 체결위치를 가이드하는 위치 가이드 부(36)를 구비한 측면 체결부(34)를; 포함한다.
상기 위치 가이브 부(36)는 전기 상용차 프레임(10)에 부착된 봉과 접촉하면서 배터리 분리 및 재조립시 배터리 케이스가 정위치에 도달하도록 유도한다.
도 4는 본 발명 배터리 교체장치의 바람직한 일실시예의 구성도이다.
도 4에서 나타낸 것과 같이, 본 발명은 전기 상용차 프레임(10)의 고정 브라켓(20)에 부착된 배터리 케이스(30)의 위치를 파악하기 위한 위치 측정기와; 상기 위치 측정기의 신호에 의하여, 배터리 케이스(30)의 하부 케이스(37)를 지지하고, 수직 내지 수평 이동하는 배터리 리프트와; 상기 배터리 케이스(30)의 너트 체결부(35)에서 배터리 케이스 체결용 볼트(24)를 분리와 체결을 위한 너트 런너와; 충전된 배터리를 공급하고, 수직 내지 수평이동하여 배터리 체결부 위치로 리프팅하는 배터리 피딩기;를 포함한다.
상기 위치 측정기는 고정 브라켓(20)에 부착된 배터리 케이스(30)의 위치를 파악하기 위한 것으로서, 배터리 케이스의 앞뒤 위치 확인, 센터 내지 원점의 위치 확인을 위한 것이다.
상기 위치 측정기는 광학센서를 구비하는 것이 바람직하며, 하나의 이상의 레이저 측정기로 배터리와 교체장비의 높이 및 좌우폭의 거리 측정이 이루어진다.
또한, 상기 배터리 리프트 및 배터리 피딩기의 작동상태를 제공한다.
상기 배터리 리프트는 위치 측정기의 신호에 의하여 배터리 케이스 위치와 이동거리를 산정되면, 배터리 케이스(30)의 하부 케이스(37)의 하단부에 밀착하면서 배터리 케이스를 지지한다.
상기 배터리 리프트는 너트 런너가 배터리 케이스(30)와 고정 브라켓(20)을 체결하고 있는 체결용 볼트(24)를 제거하면, 배터리 케이스는 자체 중량으로 고정 브라켓(20)에서 배터리 케이스(30)가 분리되고, 상기 분리된 배터리 케이스(30)를 하향으로 이동한 다음, 수평방향으로 이동하면서 방전된 배터리 케이스(30)를 제거한다.
상기 배터리 피딩기는 충전된 배터리 케이스를 공급하는 것이 주 목적이며, 상기 배터리 리프트가 방전된 배터리 케이스를 제거하면, 충전된 배터리 케이스를 안착한 후, 수평이동하여 설정위치에 도달하면, 수직으로 상승하여 재조립을 위하여 고정 브라켓(20)에 근접하게 된다. 이후, 배터리 케이스(30)의 위치 가이드부(36)와 프레임의 봉과 접촉하면서 배터리 케이스(30)는 정위치에 도달하게 되며, 이후, 너트 런너가 위치하면서 작동하여 체결용 볼트(24)로 배터리 케이스를 재조립하게 된다.
상기 너트 런너는 상기 배터리 케이스(30)의 너트 체결부(35)에서 배터리 케이스 체결용 볼트(24)를 분리와 재조립을 위한 것이며, 다수개의 체결용 볼트(24)를 동시에 체결하는 것이 바람직하다.
상기 너트 런너는 재조립이 완료되면, 설정위치로 복귀하게 되고, 최종 점검자가 MSD 세이프티 플러그(32)에 커넥터를 연결되면서 배터리 교체상태를 점검하게 된다.
본 발명은 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 본 발명의 배터리 교체장치를 이용하면, 자동차가 충전소에 들어오면 방전된 배터리를 완전 충전된 배터리로 교체하면서, 교체시간도 5분이내를 만족하기 때문에 배터리 충전을 위한 대기시간이 대폭적으로 줄어들게 된다.
둘째, 방전되어 전기 상용차에서 분리된 배터리는 급속 충전이 아닌 일반 충전으로 장시간 충전함으로써 배터리 수명이 연장되는 효과를 가진다.
셋째, 배터리 규격과 크기가 표준화가 된다면 배터리 교체시간은 더욱 단축될 것으로 예상된다.
10: 전기 상용차 프레임,
20: 고정 브라켓, 21: 상단 브라켓, 22: 홈,
23: 하부 브라켓, 24: 체결용 볼트, 25: 절곡부,
28: 보강 에지, 30: 배터리 케이스,
31: 플러그 지지대, 32: MSD 세이프티 플러그,
33: 커버, 34: 측면 체결부, 35: 너트 체결부,
36: 위치 가이드부, 37: 하부 케이스, 38: 커넥터부.

Claims (3)

  1. 전기 상용차 프레임(10)의 고정 브라켓(20)에 부착된 배터리 케이스(30)의 위치를 파악하기 위한 위치 측정기와;
    상기 위치 측정기의 신호에 의하여, 배터리 케이스(30)의 하부 케이스(37)를 지지하고, 수직 내지 수평 이동하는 배터리 리프트와;
    상기 배터리 케이스(30)의 너트 체결부(35)에서 배터리 케이스 체결용 볼트(24)를 분리와 체결을 위한 너트 런너와;
    충전된 배터리를 공급하고, 수직 내지 수평이동하여 배터리 체결부 위치로 리프팅하는 배터리 피딩기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기상용차 배터리 교체장치.
  2. 제 1항에 있어서
    상기 배터리 케이스(30)는,
    배터리 팩을 수용하는 하부 케이스(37)와;
    상기 하부 케이스(37)와 체결되며, 배터리 팩을 밀폐형을 형성하는 커버(33)와;
    상기 하부 케이스(37) 일측면부와 체결되며, 배터리 팩과 외부와 연결하기 위한 MSD 세이프티 플러그(32)와 플러그 지지대(31)와;
    상기 하부 케이스(37)의 측면부와 연결되고, 상기 고정 브라켓(20)과 체결용 볼트(24)로 체결되는 너트 체결부(35)와, 체결위치를 가이드하는 위치 가이드 부(36)를 구비한 측면 체결부(34)를; 포함하는 것을 특징으로 하는 전기상용차 배터리 교체장치.
  3. 제 1항에 있어서
    상기 고정 브라켓(20)은,
    전기 상용차 프레임(10)의 부재와 중복을 회피하기 위한 홈(22)을 구비한 상단 브라켓(21)과;
    상기 상단 브라켓(21)과 체결되며, 체결용 볼트와 연결하기 위한 홀과 'ㄷ'자 형태의 절곡부(25)를 구비한 하부 브라켓(23);을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기상용차 배터리 교체장치.
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