KR20230021532A - Battery installation and uninstallation system and method for electric vehicles - Google Patents

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KR20230021532A
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Abstract

The present invention relates to a battery coupling and decoupling system and method for an electric vehicle and, more specifically, to a battery coupling and decoupling system and method for an electric vehicle, which can decouple a battery to solve various problems that arise when the battery is charged while an electric vehicle travels, enables the battery discharged by traveling to be replaced with a charged battery, and allows a battery module to be strongly coupled or easily decoupled from the electric vehicle by using vacuum force in a process of replacing the battery so that the battery can be replaced completely and automatically within one minute. According to the present invention, the battery coupling and decoupling system comprises: a battery module; a battery coupling unit; a sealing unit; a gap space; an air valve; and a vacuum pump.

Description

전기자동차의 배터리 결합 분리 시스템 및 방법 {Battery installation and uninstallation system and method for electric vehicles}Battery coupling and separation system and method for electric vehicles {Battery installation and uninstallation system and method for electric vehicles}

본 발명은 전기자동차의 배터리 결합 분리 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기자동차 운행에서 발생하는 배터리 충전에서 발생하는 다양한 문제를 해결하기 위하여 배터리를 분리할 수 있도록 구성하여 주행으로 방전된 배터리를 충전된 배터리로 교환하여 충전하는 방식으로 구성하고, 배터리를 교환하는 과정에서 진공의 힘을 이용하여 전기자동차에 배터리모듈을 견고하게 결합하고 쉽게 분리할 수 있도록 구성함으로서 배터리모듈을 1분 이내에 완전 자동으로 교환할 수 있도록 구성하는 전기자동차의 배터리 결합 분리 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a system and method for coupling and separating a battery of an electric vehicle, and more particularly, in order to solve various problems occurring in battery charging that occur in driving an electric vehicle, the battery is configured to be separated and discharged by driving. In the process of exchanging the battery, the battery module is firmly coupled to the electric vehicle using the power of vacuum and configured to be easily separated, so that the battery module can be completely recharged within 1 minute. It relates to a battery coupling and separation system and method for an electric vehicle configured to be automatically exchanged.

또한, 전기자동차에서 자주 발생하는 배터리 화재로부터 차량과 운전자의 안전성을 확보할 수 있도록 화재 발생시 전기자동차에서 스스로 배터리모듈을 분리할 수 있도록 구성할 뿐 아니라, 배터리모듈을 분리한 이후에는 보조배터리 전원과 컨덴서를 이용하여 지면에서 불타는 배터리모듈로부터 차량을 안전한 지역으로 신속하게 비상이동하여 화재의 위험에서 벗어날 수 있는 전기자동차의 배터리 결합 분리 시스템 및 방법에 관한 것이다.In addition, in order to secure the safety of the vehicle and the driver from battery fires that frequently occur in electric vehicles, the battery module can be separated from the electric vehicle by itself in the event of a fire. After the battery module is separated, the auxiliary battery power and It relates to a battery coupling and separation system and method for an electric vehicle that can escape from the risk of fire by quickly moving the vehicle to a safe area from a battery module burning on the ground using a condenser.

또한, 앞으로 완전히 자율주행하는 전기자동차에서 배터리 충전을 케이블로 수행하지 않고 배터리교환소에서 자동으로 교환하여 자동으로 중전이 이루어지도록 구성하여 자율주행하는 전기자동차에서 배터리 충전을 위하여 운전자가 차를 내리고 직접 케이블을 충전구에 연결해야 하는 불편함을 제거할 뿐 아니라, 또 완전히 자율주행하면서 운전자가 잠든 상태에서 발생할 수 있는 배터리 화재에서도 운전자의 안전을 확보함으로서 가까운 미래에 실용화될 자율주행 전기자동차의 편리성과 안전성을 확보하는 전기자동차의 배터리 결합 분리 시스템 및 방법에 관한 것이다. In addition, in a fully autonomous electric vehicle in the future, the battery is not charged with a cable, but is automatically exchanged at the battery exchange center and automatically recharged so that the driver gets off the vehicle and directly cable The convenience and safety of self-driving electric vehicles to be put into practical use in the near future by not only eliminating the inconvenience of connecting the device to a charging port, but also ensuring the driver's safety in the event of a battery fire that may occur while the driver is asleep while driving completely autonomously. It relates to a battery coupling and separation system and method for an electric vehicle that secures.

전기자동차는 배터리에 저장된 전기 에너지를 동력원으로 하여 운행되는 자동차로서, 전기자동차는 화석 연료를 사용하는 기존의 자동차와 비교할 때, 유해 가스 배출이 없고 소음 진동도 적은 친환경적인 특성이 있어서 전기자동차의 생산과 보급이 점차 가속화되고 있으며 전기자동차와 자율주행의 결합도 활발하게 추진되고 있다.An electric vehicle is a vehicle that runs using electric energy stored in a battery as a power source. Compared to conventional vehicles that use fossil fuels, electric vehicles have environmentally friendly characteristics such as no harmful gas emission and less noise and vibration, which has led to the production of electric vehicles. and supply is gradually accelerating, and the combination of electric vehicles and autonomous driving is actively promoted.

전기자동차가 가진 많은 장점에도 불구하고 일체형 전기자동차는 차량에 고정한 배터리에 충전하는 시간이 오래 걸릴 뿐 아니라 충전시설을 보유한 주차공간을 확보하기 어렵고 충전이 완료되면 다른 전기자동차에게 바로 공간을 비워주어야 하는 제약조건이 많아서 운전자들은 전기자동차 충전이 매우 불편할 뿐 아니라 분쟁도 자주 발생한다.Despite the many advantages of electric vehicles, all-in-one electric vehicles take a long time to charge the battery fixed to the vehicle, and it is difficult to secure a parking space with charging facilities, and the space must be vacated immediately to other electric vehicles once charging is complete. Due to many constraints, drivers are not only very uncomfortable with charging electric vehicles, but disputes often arise.

운전자에게 가장 불편한 긴 충전시간을 단축하기 위하여 사용하는 고속충전은 배터리 수명을 크게 단축할 뿐 아니라 화재의 위험을 높이고, 특히 고속충전에 상응하는 대용량 전기 공급시설을 많은 비용을 들여서 별도로 만들어야 할 뿐 아니라 특정 시간에만 충전이 집중되어 전력 공급망에 과부하를 일으켜 블랙아웃의 위험이 커지고 전기 공급시설의 극심한 가동 불균형을 일으키는 등 효율성이 낮아 충전요금이 상승하여 현재 국내에서 1kwh당 100원 정도의 사업용 전기요금에 비하여 전기자동차의 고속충전 장치에서는 5배나 비싼 요금을 청구하는 상황이 발생하고 있다.High-speed charging, which is used to shorten the long charging time, which is the most inconvenient for drivers, not only shortens the battery life greatly, but also increases the risk of fire. Charging is concentrated only at a specific time, which overloads the power supply network, increases the risk of blackout, and causes extreme operation imbalance of electricity supply facilities. In contrast, a high-speed charging device for an electric vehicle is charging five times higher rates.

또한 배터리를 고정한 일체형 전기자동차는 충전 과정에 외부의 온도에 그대로 노출되어 충전 효율이 저하하고 수명이 단축되고, 배터리 수명이 다되어 교체하거나 자동차를 폐차하는 단계에서 분리하기 어렵고 배터리 구입에 비용이 많이 발생하고 버려지는 배터리의 규격도 제각각으로 나오기 때문에 재활용에도 어려움이 발생하는 등 일체형 배터리 방식에는 문제점이 많은 실정이다.In addition, an all-in-one electric vehicle with a fixed battery is exposed to external temperature as it is during the charging process, which reduces the charging efficiency and shortens the lifespan. There are many problems with the integrated battery method, such as difficulty in recycling because the specifications of the batteries generated and discarded are also different.

최근 전기자동차에서 화재가 자주 발생하고 있는데 배터리 화재를 일으키는 배터리 열화현상은 전기자동차의 배터리 충전과 방전을 반복하면서 배터리의 양극과 음극에서 리튬이 이온과 금속으로 변환되면서 분리막에 리튬금속의 결정체인 덴드라이트가 형성되는 것으로, 이렇게 덴드라이트가 형성되면 배터리의 절연 파괴가 발생하여 이 부분으로 순식간에 대량의 전류가 흐르며 화재가 발생하는 것이며 일체형 배터리가 한번 불이 붙으면 결합한 전기자동차를 다 태우게 되므로 인명과 재산의 큰 손실이 발생한다.Recently, fires have frequently occurred in electric vehicles. The battery deterioration phenomenon that causes battery fires is caused by the conversion of lithium into ions and metals at the positive and negative electrodes of the battery while repeating charging and discharging of the battery of the electric vehicle. When the dendrite is formed, the insulation breakdown of the battery occurs, and a large amount of current flows to this part in an instant, causing a fire. A great loss of property occurs.

이러한 일체형 배터리의 많은 문제를 해결할 수 있는 대안으로 전기자동차에서 배터리를 분리하여 일정한 온도를 유지하는 외부의 시설에서 충분한 시간을 가지고 천천히 충전한 다음 이렇게 충전된 배터리를 방전된 배터리와 배터리 교환소에서 교환하는 방법이 효과적이지만, 배터리 교환을 위하여 분리하고 결합하는 과정을 외부의 배터리 교환장치에 의존하기 때문에 기계적으로 볼트를 체결하고 분리하는 장치 구성에 많은 비용이 소요될 뿐 아니라 높은 정밀도를 요구하여 위치오차 조정에 시간이 걸려 배터리 교환 시간이 오래 걸려서 아직도 제대로 실용화되지 못하고 있다.As an alternative to solving many problems of these all-in-one batteries, it is possible to separate the battery from the electric vehicle, charge it slowly with sufficient time in an external facility that maintains a constant temperature, and then exchange the charged battery with a discharged battery at a battery exchange center. Although this method is effective, since the process of separating and combining for battery replacement relies on an external battery exchange device, not only does it take a lot of cost to construct a device that mechanically fastens and separates bolts, but it also requires high precision, making it difficult to adjust positional errors. It takes time and it takes a long time to replace the battery, so it has not been put to practical use yet.

또한 외부의 기계장치로 배터리를 교환하도록 구성하면 화재가 발생할 때 배터리를 전기자동차가 스스로 분리할 수 없기 때문에 배터리 화재 발생시 기존의 일체형 배터리와 같이 차량도 전소되는 문제점들을 그대로 가지고 있어서 외부장치의 도움을 받지 않고 전기자동차가 스스로 배터리를 신속하게 결합하고 분리하는 새로운 시스템이 필요한 실정이다.In addition, if the battery is configured to be exchanged with an external mechanical device, the electric vehicle cannot separate the battery on its own when a fire occurs, so in the event of a battery fire, the vehicle is also burned down like the existing all-in-one battery, so there is no help from an external device. There is a need for a new system in which the electric vehicle quickly connects and separates the battery by itself without receiving it.

특히 앞으로 도입될 완전히 자율주행하는 전기자동차에서 배터리 화재가 발생하는 경우 차량 스스로 배터리를 분리하지 못한다면 자율주행으로 잠들어서 화재 발생을 모르는 운전자를 화재에서 보호하지 못하게 된다.In particular, if a battery fire occurs in a fully autonomous electric vehicle to be introduced in the future, if the vehicle cannot disconnect the battery by itself, it will not be possible to protect the driver who is unaware of the fire by falling asleep in autonomous driving.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전기자동차의 배터리를 1분 이내의 짧은 시간 안에 교환할 수 있도록 전기자동차에 설치되는 소형 진공펌프로 만드는 공기의 진공압력을 이용하여 배터리모듈을 신속하게 결합하고 분리하는 새로운 방법을 구성하고, 충전된 배터리모듈의 삽입 시 발생하는 위치오차를 자동으로 조정할 수 있는 전기자동차 배터리의 결합 분리 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention is to solve the above problems of the prior art, using vacuum pressure of air made by a small vacuum pump installed in an electric vehicle so that the battery of the electric vehicle can be replaced in a short time of less than 1 minute. Its purpose is to construct a new method for quickly combining and separating battery modules, and to provide an electric vehicle battery coupling and separation system capable of automatically adjusting positional errors that occur when a charged battery module is inserted.

또한, 1분 이내에 자동으로 배터리를 교환하면서 배터리 충전 과정에서 운전자는 내리지 않고 완전 자동으로 배터리모듈의 충전을 완료할 수 있어서 엔진 자동차 주유보다 빠르고 편리한 전기자동차 배터리 분리 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.In addition, the purpose is to provide an electric vehicle battery separation system that is faster and more convenient than refueling an engine vehicle because it can automatically complete the charging of the battery module without the driver getting off the battery while automatically exchanging the battery within one minute.

또한, 배터리모듈을 전기자동차에서 주도적으로 분리 결합할 수 있도록 구성함으로서 화재가 발생하는 비상상황에서 전기자동차에서 주도적으로 배터리모듈을 비상분리하고, 분리된 배터리모듈의 화재 영향권에서 전기자동차를 비상 이동시켜 전기자동차와 운전자를 안전하게 보호하는 전기자동차 배터리의 결합 분리 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.In addition, by configuring the battery module to be separated and combined from the electric vehicle, the battery module is proactively separated from the electric vehicle in an emergency situation where a fire occurs, and the electric vehicle is emergency moved in the area affected by the fire of the separated battery module. An object of the present invention is to provide a coupling/separation system for an electric vehicle battery that safely protects an electric vehicle and a driver.

또한, 자율주행하는 전기자동차에서도 발생할 수 있는 배터리화재에 대한 안전성을 충분히 확보하여 완전 자율주행에서 화재에 대한 안전성과 신뢰성을 높일 수 있는 전기자동차 배터리 분리 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.In addition, the purpose is to provide an electric vehicle battery separation system that can increase safety and reliability against fire in fully autonomous driving by securing sufficient safety against battery fire that may occur in autonomously driving electric vehicles.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The tasks of the present invention are not limited to the tasks mentioned above, and other tasks not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 결합 분리 시스템은, 배터리모듈을 교환하여 충전하는 전기자동차에서, 상기 전기자동차에서 분리되고 결합되는 배터리모듈과, 상기 전기자동차의 차량 바닥면에서 하부쪽으로 상기 배터리모듈을 수용하는 배터리결합부와, 상기 배터리모듈과 상기 배터리결합부 사이를 밀폐하는 밀폐유닛과, 상기 배터리모듈과 상기 배터리결합부와 상기 밀폐유닛으로 형성하는 사이공간과, 상기 사이공간에 설치되는 공기통로를 개폐하는 공기밸브와, 상기 공기밸브를 밀폐한 다음 상기 사이공간의 공기를 흡입하여 상기 사이공간의 공기 압력을 대기압 이하인 진공압력으로 만드는 진공펌프를 포함하여 상기 사이공간의 공기 압력을 변화시켜 배터리를 결합하고 분리한다.In order to solve the above problems, the battery coupling and separation system of an electric vehicle according to the present invention, in an electric vehicle for charging by exchanging battery modules, a battery module separated and coupled from the electric vehicle, and a vehicle floor of the electric vehicle A battery coupling portion accommodating the battery module from the surface to the bottom, a sealing unit sealing between the battery module and the battery coupling portion, and a space formed by the battery module, the battery coupling portion, and the sealing unit, An air valve that opens and closes an air passage installed in the space between the spaces, and a vacuum pump that closes the air valve and sucks in air from the space to make the air pressure in the space below atmospheric pressure. By changing the air pressure in the space, the batteries are coupled and separated.

또한, 상기 사이공간의 면적에 상기 진공압력이 작용하여 만드는 결합력을 상기 배터리모듈 무게의 3배 이상이 되도록 구성하여 상기 배터리모듈과 상기 배터리결합부의 결합을 유지한다.In addition, the coupling force created by the vacuum pressure acting on the area of the interspace is configured to be three times or more of the weight of the battery module to maintain the coupling of the battery module and the battery coupling part.

또한, 상기 사이공간의 공기 압력을 순간적으로 낮출 수 있도록 상기 사이공간과 상기 진공펌프 사이에 설치되는 진공탱크를 포함할 수 있다.In addition, a vacuum tank installed between the interspace and the vacuum pump may be included to instantaneously lower the air pressure in the interspace.

또한, 상기 배터리모듈은 상부 모서리에 구비되는 삽입바퀴를 더 포함할 수 있다.In addition, the battery module may further include an insertion wheel provided at an upper corner.

또한, 상기 밀폐유닛은, 상기 배터리모듈의 상부면의 일부를 구성하며 폐곡선으로 이루어지는 제1 밀착부재와, 상기 배터리결합부의 일부를 구성하며 상기 제1 밀착부재와 일정 간극 이하로 서로 밀착하는 제2 밀착부재와, 상기 제1 밀착부재와 상기 제2 밀착부재 사이에서 상기 간극을 완전히 밀폐하는 밀폐부재를 포함하여 상기 사이공간의 공기를 밀폐할 수 있도록 구성한다.In addition, the sealing unit comprises a first contact member constituting a part of the upper surface of the battery module and formed of a closed curve, and a second contact member constituting a part of the battery coupling part and in close contact with the first contact member at a predetermined gap or less. It includes an adhesion member and a sealing member completely sealing the gap between the first adhesion member and the second adhesion member so as to seal the air in the space between them.

또한, 상기 배터리모듈과 상기 배터리결합부 사이의 수평 이동을 방지하는 결합유닛을 추가로 포함하며, 상기 결합유닛은 상기 배터리모듈의 상부면 위쪽에 부착되고 요철부로 이루어지는 제1 결합부재와, 수직방향 유연성이 큰 상기 배터리결합부의 상부면 아래쪽에 부착되고 상기 제1 결합부재와 반대의 요철부로 이루어지는 제2 결합부재로 이루어져 상기 사이공간의 공기 압력을 대기압 이하로 낮추면 상기 제2 결합부재가 상기 제1 결합부재 쪽으로 이동하여서 밀착할 수 있다.In addition, it further includes a coupling unit for preventing horizontal movement between the battery module and the battery coupling unit, wherein the coupling unit is attached to the upper surface of the battery module and includes a first coupling member made of concavo-convex portions, and a vertical direction. When the air pressure in the interspace is lowered to atmospheric pressure or less, the second coupling member is composed of a second coupling member composed of a concavo-convex portion opposite to the first coupling member and attached to the bottom of the upper surface of the battery coupling portion having high flexibility. It can move toward the coupling member and come into close contact with it.

또한, 상기 배터리모듈에서 화재 발생의 비상상황이 발생하는 경우, 상기 전기자동차에서 상기 공기밸브를 개방하여 상기 사이공간에 공기를 공급하여 공기압을 대기압으로 높이면 상기 배터리모듈이 중력에 의하여 상기 배터리결합부에서 인출되고 상기 전기자동차의 하부 평면으로 낙하하여 분리된다.In addition, when an emergency situation such as a fire occurs in the battery module, the electric vehicle opens the air valve to supply air to the interspace to increase the air pressure to atmospheric pressure, and the battery module is moved to the battery coupling part by gravity. It is withdrawn from and is separated by falling to the lower plane of the electric vehicle.

또한, 상기 배터리모듈이 분리된 상기 전기자동차를 이동시키기 위한 전기는 보조배터리의 저압전기를 컨덴서에 저장하여 주행모터에 고압전기로 공급할 수 있다.In addition, electricity for moving the electric vehicle from which the battery module is separated may be supplied as high-voltage electricity to a traveling motor by storing low-voltage electricity of an auxiliary battery in a condenser.

또한, 상기 전기자동차는 운전자가 운전하지 않고 차량 스스로 주행하는 자율주행 차량일 수 있다.In addition, the electric vehicle may be an autonomous vehicle that drives by itself without a driver driving.

본 발명에 따른 전기자동차의 배터리 결합 분리 방법은, 전기자동차의 하부에 형성되는 배터리결합부와 상기 배터리결합부에 탈착 가능하게 결합되는 배터리모듈과 상기 배터리결합부와 상기 배터리모듈이 만드는 사이공간의 공기압을 변화시켜 배터리모듈을 분리하고 결합하는 전기자동차의 배터리 결합 분리 시스템의 전기자동차의 배터리 결합 분리 방법에 있어서, 상기 전기자동차가 배터리교환소로 진입하는 전기자동차 진입단계와, 상기 사이공간에 공기를 공급하여 공기압을 대기압으로 만들어 방전된 상기 배터리모듈을 상기 배터리결합부로부터 분리시키고 분리된 방전된 상기 배터리모듈을 외부의 삽입유닛을 이용하여 하부의 교환공간으로 내려놓은 배터리모듈 분리단계와, 상기 교환공간에서 방전돤 상기 배터리모듈을 미리 충전된 상기 배터리모듈로 교환하는 배터리모듈 교환단계와, 상기 교환공간에서 교환된 충전된 상기 배터리모듈을 상기 삽입유닛을 이용하여 상기 배터리결합부에 삽입하고 진공펌프로 상기 사이공간의 공기 압력을 대기압 이하로 만들어 충전된 상기 배터리모듈을 상기 배터리결합부에 결합시키는 배터리모듈 결합 단계와, 상기 전기자동차가 배터리교환소에서 진출하는 전기자동차 진출단계를 포함할 수 있다.A battery coupling and separation method of an electric vehicle according to the present invention includes a battery coupling portion formed at the bottom of the electric vehicle, a battery module detachably coupled to the battery coupling portion, and a space between the battery coupling portion and the battery module. A method of coupling and separating a battery of an electric vehicle of an electric vehicle battery coupling and separation system in which battery modules are separated and coupled by changing air pressure, wherein the electric vehicle enters a battery exchange center, and air is supplied to the space between the electric vehicles. A battery module separation step of supplying air pressure to atmospheric pressure to separate the discharged battery module from the battery coupling part and lowering the discharged battery module into a lower exchange space using an external insertion unit; A battery module exchanging step of exchanging the battery module discharged in the space with a pre-charged battery module, and inserting the charged battery module exchanged in the exchanging space into the battery coupling part using the insertion unit and vacuum pump A battery module coupling step of coupling the charged battery module to the battery coupling part by making the air pressure in the interspace less than atmospheric pressure, and an electric vehicle advancing step of moving the electric vehicle out of the battery exchange center.

또한, 상기 배터리모듈 분리 단계는, 상기 배터리모듈을 수직이동시킬 수 있는 상기 삽입유닛이 혼자서 배터리결합부 방향으로 수직 상승하여 방전된 상기 배터리모듈과 접촉하는 삽입유닛 제1 상승단계와, 공기밸브를 개방하여 상기 사이공간에 공기를 공급하여 상기 진공압력을 제거하여 상기 배터리결합부와 방전된 상기 배터리모듈의 결합을 해제하는 배터리모듈 결합 해제 단계와, 상기 삽입유닛이 방전된 상기 배터리모듈과 함께 하강하며 방전된 상기 배터리모듈을 상기 교환공간의 수평 이동 유닛에 내려놓은 삽입유닛 제1 하강단계를 포함할 수 있다.In addition, in the battery module separation step, the insertion unit capable of vertically moving the battery module vertically rises in the direction of the battery coupling part by itself and contacts the discharged battery module, and the air valve A battery module coupling release step of releasing the coupling between the battery coupling portion and the discharged battery module by removing the vacuum pressure by supplying air to the interspace by opening the space, and the insertion unit descends together with the discharged battery module. and a first lowering step of the insertion unit in which the discharged battery module is lowered onto the horizontal moving unit of the exchange space.

또한, 상기 배터리모듈 결합단계는, 상기 배터리모듈을 수직이동시킬 수 있는 상기 삽입유닛이 상기 교환공간의 수평이동유닛에 위치한 충전된 상기 배터리모듈을 상기 배터리결합부 방향으로 수직 상승시키는 삽입유닛 제2 상승단계와, 충전된 상기 배터리모듈이 상기 배터리결합부에 삽입되면서 충전된 상기 배터리모듈에 설치된 삽입 바퀴에 의하여 충전된 상기 배터리모듈과 상기 배터리결합부 간의 위치 오차가 제거되는 위치오차 제거단계와, 상기 사이공간의 공기 밸브를 폐쇄하여 공기이동을 중단시켜 충전된 상기 배터리모듈을 상기 배터리결합부에 고정하는 배터리모듈 고정단계와, 상기 진공펌프로 상기 사이공간의 공기 압력을 대기압 이하로 만들어 충전된 상기 배터리모듈을 상기 배터리결합부에 체결하는 배터리모듈 체결단계와, 상기 삽입유닛이 혼자서 하강하는 삽입유닛 제2하강단계를 포함할 수 있다.In addition, in the battery module coupling step, the insertion unit capable of vertically moving the battery module vertically raises the charged battery module located in the horizontal movement unit of the exchange space in the direction of the battery coupling part. An ascent step, a position error elimination step of removing a position error between the charged battery module and the battery coupling portion by an insertion wheel installed on the charged battery module while the charged battery module is inserted into the battery coupling portion; A battery module fixing step of fixing the charged battery module to the battery coupling part by closing the air valve in the interspace to stop air movement, and making the air pressure in the interspace below atmospheric pressure with the vacuum pump to charge the battery module It may include a battery module fastening step of fastening the battery module to the battery coupling part, and a second lowering step of the insertion unit in which the insertion unit descends alone.

또한, 상기 배터리모듈에 화재가 발생하는 경우 상기 전기자동차에서 상기 사이공간에 공기를 공급하여 상기 배터리모듈을 분리시켜 중력으로 상기 배터리결합부에서 인출되고 상기 전기자동차의 하부 평면으로 낙하시키는 비상분리단계와, 상기 배터리모듈이 분리된 상기 전기자동차를 보조배터리에 저장된 전기를 이용하여 화재로 낙하한 상기 배터리모듈에서 떨어진 안전한 위치로 상기 전기자동차를 이동시키는 비상이동단계를 더 포함할 수 있다.In addition, when a fire occurs in the battery module, an emergency separation step of separating the battery module by supplying air to the space between the electric vehicle, pulling it out from the battery coupling part by gravity, and dropping it to a lower plane of the electric vehicle. and an emergency moving step of moving the electric vehicle from which the battery module is separated to a safe location away from the battery module that has fallen due to fire using electricity stored in an auxiliary battery.

본 발명의 전기자동차의 배터리 결합 분리 시스템 및 방법에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.According to the battery coupling and separation system and method of the present invention, one or more of the following effects are provided.

첫째, 전기자동차의 배터리결합부와 배터리모듈 사이를 밀폐유닛으로 밀폐시켜 만든 사이공간의 공기를 진공펌프로 흡입하여 진공압력을 만들면 사이공간의 면적에서 발생하는 배터리모듈 무게의 3배 이상의 결합력으로 배터리모듈을 단단히 고정하고 반대로 공기밸브를 개방하여 진공압력을 제거하면 배터리모듈이 자기 무게에 의하여 쉽게 분리하여 배터리모듈을 1분 이내에 교환하는 시스템을 구성할 수 있는 이점이 있다.First, when the vacuum pressure is created by sucking the air in the space between the battery coupling part and the battery module of the electric vehicle by sealing it with a sealing unit, the vacuum pump creates a bonding force that is more than three times the weight of the battery module generated in the space between the battery. If the module is firmly fixed and the air valve is opened to remove the vacuum pressure, the battery module can be easily separated by its own weight and the battery module can be replaced within 1 minute.

둘째, 배터리모듈에 설치된 삽입 바퀴에 의하여 배터리모듈의 삽입에서는 배터리결합부의 위치오차를 자동으로 조정하며 신속하고 정확하게 삽입하고 배터리모듈의 결합에서는 사이공간의 진공압을 유지하는 밀폐유닛 위치를 유지하도록 지지하고 배터리모듈의 분리에서는 배출이 잘 되도록 미끄러짐 역할을 하여 전기자동차에서 배터리모듈을 신속하게 교환하여 충전을 완료할 수 있는 이점이 있다.Second, the insertion of the battery module automatically adjusts the positional error of the battery coupling part by the insertion wheel installed on the battery module, inserts it quickly and accurately, and supports the sealing unit to maintain the vacuum pressure in the space between the battery modules. And in the separation of the battery module, it has the advantage of being able to quickly replace the battery module in the electric vehicle to complete the charge by playing a sliding role so that the discharge is good.

셋째, 장치 구성과 제어가 용이한 진공압력이 사이공간의 면적과 결합하여 만드는 강한 결합력으로 배터리결합부와 배터리모듈을 수직적으로 단단히 결합하고, 사이공간에 설치되는 결합유닛으로 배터리모듈과 배터리결합부를 수평적으로 고정하여 어떠한 방향의 외력에도 배터리모듈이 전기자동차에서 밀리거나 분리되지 않고 고정되어 배터리 교환 시스템을 경제적으로 구성할 수 있는 이점이 있다.Third, the battery coupling part and the battery module are tightly coupled vertically with the strong bonding force created by combining the vacuum pressure, which is easy to configure and control, with the area between the spaces, and the battery module and the battery coupling unit as a coupling unit installed in the space between them. By fixing it horizontally, the battery module is fixed without being pushed or separated from the electric vehicle even by external force in any direction, so there is an advantage in economically configuring the battery exchange system.

넷째, 전기자동차의 배터리모듈에서 화재가 발생하면 전기자동차에서 주도적으로 배터리모듈을 신속하게 분리할 수 있으며, 전기자동차와 배터리모듈이 분리된 상태에서는 보조배터리와 컨덴서를 이용하여 전기를 공급하여 불타는 배터리모듈로부터 충분히 안전한 거리로 이동시켜 전기자동차의 최대 불안 요인인 배터리 화재에서 안전하게 대응할 수 있는 이점이 있다.Fourth, if a fire occurs in the battery module of the electric vehicle, the battery module can be quickly separated from the electric vehicle and the battery module is separated from the electric vehicle by supplying electricity using the auxiliary battery and the condenser to burn the battery. It has the advantage of being able to safely respond to battery fire, which is the biggest anxiety factor in electric vehicles, by moving it to a sufficiently safe distance from the module.

다섯째, 자율주행 전기자동차에서 주행도중 발생할 수 있는 배터리 화재에도 자율전기차가 능동적으로 대응할 수 있어서 자율주행으로 운전자가 잠들 수 있는 상황에서도 전기자동차가 배터리 화재의 위험을 스스로 극복할 수 있어 자율주행 전기자동차의 안전성과 신뢰성을 높이는 이점이 있다.Fifth, self-driving electric vehicles can actively respond to battery fires that may occur while driving in self-driving electric vehicles, so even in situations where the driver can fall asleep with autonomous driving, the electric vehicles can overcome the risk of battery fire on their own. It has the advantage of increasing the safety and reliability of

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리 결합 분리 시스템 의 배터리모듈이 전기자동차에 결합한 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리 결합 분리 시스템 의 배터리모듈을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리 결합 분리 시스템 의 배터리모듈을 외부 교체장치로 교환하는 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리 결합 분리 시스템 의 배터리모듈이 전기자동차에서 비상분리한 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리 결합 분리 방법의 순서도이다.
1 is a diagram schematically showing a state in which a battery module of an electric vehicle battery coupling/separation system according to an embodiment of the present invention is coupled to an electric vehicle.
2 is a diagram schematically showing a battery module of a battery coupling/separation system for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram schematically showing a configuration for exchanging a battery module of an electric vehicle battery coupling/separation system according to an embodiment of the present invention with an external replacement device.
4 is a diagram schematically illustrating a state in which a battery module of an electric vehicle battery coupling/separation system according to an embodiment of the present invention is emergency separated from an electric vehicle.
5 is a flowchart of a method for coupling and separating a battery of an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and methods of achieving them, will become clear with reference to the detailed description of the following embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and only these embodiments make the disclosure of the present invention complete, and common knowledge in the art to which the present invention belongs. It is provided to completely inform the person who has the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numbers designate like elements throughout the specification.

본 명세서에 첨부된 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의성을 위하여 과장되게 도시될 수 있다. 각 도면에서 동일한 구성은 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기술의 기능 및 구성에 관한 상세한 설명은 생략될 수 있다.The size or shape of components shown in the drawings accompanying this specification may be exaggerated for clarity and convenience of description. It should be noted that in each drawing, the same configuration may be indicated by the same reference numerals. In addition, detailed descriptions of functions and configurations of known technologies that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention may be omitted.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Terms used in this specification are used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. As used herein, the singular form may include the plural form unless the context clearly indicates otherwise. In addition, when a certain part "includes" a certain component throughout this specification, it means that it may further include other components unless otherwise stated.

본 명세서의 전반에 걸쳐 사용되는 용어인 '배터리모듈'은 리튬 배터리로 이루어지는 배터리셀이 전기자동차의 전력 소비량에 맞춰 수개에서 수십개가 연결되어 합쳐진 배터리팩을 다시 수개에서 수십개 연결하여 전기자동차에 탈착 가능하도록 구비한 것을 의미한다. 이러한 집합 과정에서 배터리셀만 수십개에서 수천개를 연결하여 직접 배터리모듈을 구성할 수도 있다.The term 'battery module' used throughout this specification means that battery cells made of lithium batteries can be attached to and detached from an electric vehicle by connecting several to dozens of battery packs in which several to dozens are connected according to the power consumption of the electric vehicle. It means equipped to do it. In this assembly process, a battery module may be directly configured by connecting only tens to thousands of battery cells.

먼저 전기자동차에 사용되는 배터리를 살펴보면, 전자의 분리가 잘되어 이온화 경향이 가장 높은 원소인 리튬을 이용하는 리튬 배터리는 양극재, 음극재, 전해액 및 분리막의 4가지 부품으로 구성되고, 기본적으로 리튬 배터리는 리튬 이온이 양극재와 음극재 사이를 이동하면서 전자를 주고 받으며 충전과 방전이 이루어진다. 이에 따라 리튬 배터리의 용량과 수명 등과 같은 배터리 특성은 리튬 이온의 저장 용량, 이동속도 및 양극재와 음극재의 안정성에 좌우된다.First, looking at batteries used in electric vehicles, lithium batteries using lithium, an element with the highest ionization tendency due to good separation of electrons, are composed of four parts: anode material, cathode material, electrolyte, and separator. Basically, a lithium battery As lithium ions move between the cathode and anode materials, charging and discharging are performed by exchanging electrons. Accordingly, battery characteristics such as capacity and lifespan of a lithium battery depend on the storage capacity of lithium ions, the movement speed, and the stability of cathode and anode materials.

배터리의 문제는 첫째, 전기자동차의 배터리가 충전과 방전을 반복하면 배터리 내부에서 리튬이온이 양극과 음극으로 완전히 이동하지 못하고 분리막에 리튬 금속으로 도전성 덴드라이트를 형성하는 배터리 열화현상이 진행되는데 이 열화 현상은 충전속도가 빠를수록, 배터리의 온도가 너무 낮거나 높을수록 그리고 과충전이나 과방전이 이루어질수록 심하게 발생하여 배터리 수명을 빠르게 단축한다.First, when the battery of an electric vehicle is repeatedly charged and discharged, lithium ions do not completely move to the positive and negative electrodes inside the battery, and the battery deteriorates by forming conductive dendrites with lithium metal on the separator. This deterioration The phenomenon occurs more severely as the charging speed increases, as the temperature of the battery becomes too low or too high, and as overcharge or overdischarge occurs, rapidly shortening the lifespan of the battery.

전기자동차의 배터리는 장거리 주행에 필요한 막대한 전기를 충전해야 하는데 보통 4인 가족의 주택에서 1주일동안 사용할 수 있는 많은 전기를 한번에 충전하게 된다.The battery of an electric vehicle needs to be charged with a huge amount of electricity required for long-distance driving, and a lot of electricity that can be used for a week in a house of a family of four is charged at once.

이렇게 막대한 전기를 충전하기 위하여 전기자동차 충전 방법에는 직접 충전 방식과 교환 충전 방식의 2가지 방법이 있다. 먼저 직접 충전 방식은 차량에 고정된 배터리팩에 직접 전선을 연결하여 충전하는 방식으로, 이 경우에 충전 시간 동안 전기자동차를 운행하지 못하는 문제점이 있다. 또한, 충전 시에 배터리팩이 외부에 노출되어 외기의 온도에 따라 충전 효율이 크게 변할 뿐 아니라 배터리팩을 구성하는 배터리셀의 열화 상태를 확인하기 어려워 배터리셀의 수명이 빠르게 단축될 뿐 아니라 화재로 이어질 수 있는 문제점이 있다. In order to charge such enormous electricity, there are two methods of charging an electric vehicle: a direct charging method and an exchange charging method. First, the direct charging method is a method of charging by directly connecting wires to a battery pack fixed to a vehicle. In this case, there is a problem in that the electric vehicle cannot be operated during the charging time. In addition, since the battery pack is exposed to the outside during charging, the charging efficiency varies greatly depending on the temperature of the outside air, and it is difficult to check the deterioration state of the battery cells constituting the battery pack. There are problems that can lead to it.

충전 시간을 단축하기 위해 고속 충전을 이용하게 되면 배터리셀의 열화가 촉진되어 배터리 수명이 크게 단축될 뿐 아니라, 고속 충전은 단축되는 충전 시간의 비율에 비례하여 전력 공급의 순간 부하가 높아지기 때문에 전력 공급망에 부하를 가중시키게 되므로 고속 충전을 사용하는 전기자동차의 비율이 늘어나게 된다면 전기자동차의 충전 선호 시간에만 전력 최대 수요가 폭증하고 비선호 시간에는 전력 수요가 급감하는 극심한 수요 변동이 발생하여 전력 공급망의 엄청난 비효율을 초래할 뿐 아니라 심하면 블랙아웃도 발생할 수 있다.If high-speed charging is used to shorten the charging time, battery cell deterioration is accelerated and battery life is greatly shortened. In addition, high-speed charging increases the instantaneous load of the power supply in proportion to the reduced charging time, so the power supply network If the proportion of electric vehicles using high-speed charging increases, extreme demand fluctuations occur, in which the peak demand for electric power surges only during the preferred charging time of electric vehicles, and the demand for power decreases sharply during non-preferred times, resulting in tremendous inefficiency of the power supply network. In addition, blackout may occur in severe cases.

최근 전기자동차의 주행거리가 증가하면서 배터리의 화재 발생이 증가하고 있는데, 배터리에 화재가 발생하면 차량으로 이전되는 배터리의 장착 구조가 근본적인 문제점이다.Recently, as the mileage of electric vehicles increases, battery fires are increasing. When a fire occurs in a battery, the mounting structure of the battery that is transferred to the vehicle is a fundamental problem.

배터리 열화로 형성되는 덴드라이트가 양극과 음극 사이의 절연을 파괴하여 화재가 발생하는데, 배터리 일체형 전기자동차에서 배터리 화재가 발생하면 배터리에서 계속 고열을 발생하므로 쉽게 소화가 되지 않고 화재가 계속 이어져 차량을 전소시킬 뿐 아니라 고압전기에 의한 감전 위험도 높아 인명구조나 사고처리를 방해하고 탑승자나 소방관을 위험에 빠뜨리는 문제가 있다.Dendrites formed from deterioration of the battery destroy the insulation between the positive and negative electrodes, causing a fire. In addition to burnout, there is a problem that the risk of electric shock due to high-voltage electricity is high, interfering with lifesaving or accident handling, and endangering passengers or firefighters.

주행거리가 증가할수록 배터리 화재 발생의 가능성이 증가하는 전기자동차 배터리의 화재 위험성을 충분히 고려하지 않고 차량 생산성과 배터리 충전시설 확보의 편의성만 고려하여 배터리를 차량에 고정시켜 생산하기 때문에 배터리에 화재가 발생하면 차량 스스로 배터리를 분리하지 못하여 차량이 전소되는 문제를 해결하지 못하는 것이다.As the mileage increases, the fire risk of electric vehicle batteries, which increases the possibility of battery fire, is not sufficiently considered, and the battery is fixed to the vehicle in consideration of vehicle productivity and the convenience of securing battery charging facilities. If this is done, the vehicle cannot separate the battery by itself and thus cannot solve the problem of the vehicle being burned down.

특히 전기자동차의 화재 위험은 앞으로 자율자동차가 도래하는 경우 운전자가 주행 도중 잠들 수 있는 상황에서 배터리 화재는 매우 심각한 안전상의 문제가 될 수 있으므로, 화재가 발생하는 배터리를 전기자동차에서 주도적으로 신속하게 분리하고 차량을 안전한 지역까지 비상이동하여 배터리에서 발생한 화재가 차량으로 이전되는 위험을 방지할 수 있는 배터리 분리 방식이 필요하다.In particular, the risk of fire in electric vehicles is that, in the event of the advent of autonomous vehicles, a battery fire can be a very serious safety issue in a situation where the driver can fall asleep while driving. A battery separation method is needed to prevent the risk of fire from the battery being transferred to the vehicle by moving the vehicle to a safe area in an emergency.

교환 충전 방식은 방전된 배터리를 분리하여 다른 공간에서 나중에 충전하고 미리 충전된 배터리로 교환하는 방법으로 이미 핸드폰에서 사용한 익숙한 기술이지만 전기자동차의 배터리는 핸드폰 배터리보다 수천배의 저장용량이 필요하여 무게도 무겁고 크기도 크며 배터리 사용 기간도 10년 정도의 장기간이 필요하여 전기자동차에서 배터리 교환은 장치 구성이 어렵고 경제성도 부족하여 아직도 실용화되지 못하고 있다.The exchange charging method is a method of separating a discharged battery, charging it later in another space, and replacing it with a pre-charged battery. It is a familiar technology that has already been used in mobile phones, but an electric vehicle battery requires thousands of times more storage capacity than a mobile phone battery, so it weighs less. It is heavy, large in size, and requires a long battery life of about 10 years, so battery replacement in an electric vehicle is difficult to configure and economical, so it has not yet been put to practical use.

배터리를 분리하여 충전하고 충전된 배터리로 1분 이내에 신속하게 교환할 수 있으면 운전자의 충전 불편을 일시에 해결할 뿐 아니라, 충전시설 확보에 필요한 막대한 비용과 공사 불편도 방지할 수 있고, 일정한 온도 환경에서 충분한 여유시간을 가지고 충전하여 배터리의 수명을 2배 정도 연장할 수 있고, 잉여전기를 이용하여 충전하므로 충전부하도 발생하지 않고 버려지는 잉여전기를 사용하여 충전비용을 절감할 수 있고, 배터리 상태도 충전할 때마다 확인하여 불량배터리를 제거하여 화재 발생을 방지할 수 있는 장점이 많다.If the battery can be separated and charged and quickly replaced within 1 minute with the charged battery, it not only solves the driver's inconvenience of charging at once, but also prevents the enormous cost and inconvenience of construction required to secure charging facilities, and in a constant temperature environment. By charging with enough spare time, the lifespan of the battery can be extended by about two times, and since charging is performed using surplus electricity, charging costs can be reduced by using surplus electricity that is discarded without generating a charging load, and the battery condition is also improved. There are many advantages to preventing a fire by checking every time you charge and removing a bad battery.

본 발명은 이렇게 배터리를 1분 이내에 자동으로 교환할 수 있는 시스템과 방법을 제공할 뿐 아니라 화재 발생에서 배터리를 분리하고 배터리를 분리한 상태에서 안전한 장소로 비상이동하여 화재로부터 안전을 확보할 수 있다.The present invention not only provides a system and method for automatically replacing batteries within 1 minute, but also secures safety from fire by separating the battery from the occurrence of a fire and moving to a safe place in an emergency with the battery disconnected. .

본 명세서에서 ‘상승’과 ‘하강’은 배터리모듈이 정상적인 교환에서 수직적으로 이동하는 과정을 표현하며 중력가속도가 그대로 작용하는 비정상적인 수직 이동은 ‘낙하’로 표현한다. 또, ‘삽입’과 ‘인출’은 배터리모듈이 배터리결합부에 들어가고 나오는 단계를 표현하며, ‘결합’과 ‘분리’는 배터리모듈이 배터리결합부에 밀착된 상태를 표현하지만 전후과정에 종속되는데 체결 이전 상태를 결합으로 해제 이후 상태를 분리로 표현한다. ‘체결’과 ‘해제’는 체결장치와 결합구가 서로 잠금 상태로 되거나 반대로 풀림 상태로 되는 단계를 표현한다.In this specification, 'rise' and 'fall' express the process of vertical movement of the battery module in normal exchange, and abnormal vertical movement in which the acceleration of gravity acts as it is is expressed as 'fall'. In addition, 'insertion' and 'withdrawal' represent the steps in which the battery module enters and exits the battery coupling part, and 'coupling' and 'separation' represent the state in which the battery module is in close contact with the battery coupling unit, but is dependent on the front and back processes. The state before engagement is expressed as coupling, and the state after release is expressed as separation. 'Engagement' and 'disengagement' express the steps in which the fastening device and the coupler become locked to each other or, conversely, to the unlocked state.

이하, 본 발명의 실시예들에 의한 전기자동차 배터리 분리 시스템을 설명하기 위하여 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings in order to explain an electric vehicle battery separation system according to embodiments of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리 결합 분리 시스템에서 배터리모듈이 전기자동차에 결합한 상태를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리 결합 분리 시스템의 배터리모듈을 개략적으로 나타낸 도면이며 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리 결합 분리 시스템 의 배터리모듈을 외부 교체장치로 교환하는 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다1 is a diagram schematically showing a state in which a battery module is coupled to an electric vehicle in an electric vehicle battery coupling/separation system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view showing a battery coupling of an electric vehicle according to an embodiment of the present invention Figure 3 is a diagram schematically showing a battery module of the separation system, and FIG. 3 is a diagram schematically showing a configuration in which the battery module of the battery coupling and separation system of an electric vehicle according to an embodiment of the present invention is exchanged with an external replacement device.

도 1과 도2와 도3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차(1)에서 배터리모듈(200)과 배터리결합부(100)가 사이공간(180)을 형성하고 이 사이공간(180)에 진공압력을 만들고 제거하여 배터리모듈(200)을 전기자동차(1)에 신속하게 결합하고 분리하는 과정을 설명한다.1, 2, and 3, in the electric vehicle 1 according to an embodiment of the present invention, the battery module 200 and the battery coupling part 100 form an interspace 180, and the interspace ( A process of quickly coupling and separating the battery module 200 from the electric vehicle 1 by creating and removing vacuum pressure at 180 will be described.

배터리모듈(200)과 배터리결합부(100)가 만나서 형성되는 사이공간(180)을 밀폐부재(211)가 포함된 밀폐유닛으로 밀폐하고 공기밸브(150)를 막으면 공기 이동이 중단되면서 배터리모듈(200)을 배터리결합부(100)에 고정되는데 다음에 진공펌프(160)을 이용하여 사이공간(180)의 공기를 흡입하면 진공압력이 만들어져 사이공간(180)의 넓은 면적에 작용하게 되는데 이 진공압력은 면적과 결합하여 배터리모듈 무게를 지지할 수 있는 큰 결합력을 만들게 된다.When the space 180 formed when the battery module 200 and the battery coupling part 100 meet is sealed with a sealing unit including a sealing member 211 and the air valve 150 is blocked, air movement is stopped while the battery module 200 is fixed to the battery coupling part 100. Next, when the air of the space 180 is sucked using the vacuum pump 160, vacuum pressure is created and acts on a large area of the space 180. The vacuum pressure is combined with the area to create a large binding force capable of supporting the weight of the battery module.

전기자동차(1)에 설치되는 배터리모듈(200)에서는 사이공간(180)에 필요한 면적을 1㎡ (10,000㎠) 이상 확보할 수 있으며 진공펌프(160)를 이용하면 0.5kg/㎠ 이상의 진공압력을 확보하면 이들이 결합한 5톤 이상의 결합력을 확보할 수 있다.In the battery module 200 installed in the electric vehicle 1, an area required for the space 180 of 1 m2 (10,000 cm2) or more can be secured, and a vacuum pressure of 0.5 kg/cm2 or more can be obtained by using the vacuum pump 160. If secured, it is possible to secure a bonding force of 5 tons or more combined.

전기자동차에 설치하는 진공펌프(160)는 사이공간(180)의 진공압력을 만드는 시간이 오래 걸릴 수 있으므로 진공펌프(160)와 사이공간(180)의 중간에 사이공간의 체적보다 큰 진공탱크(170)를 만들고 전기자동차가 주행하는 동안 진공펌프(160)로 공기를 계속 흡입하여 진공탱크(170)의 공기압력을 0.01kg/㎠ 이하로 만들어 0.99kg/㎠ 이상의 진공압력을 만들어 사이공간(180)에서 진공압력이 필요할 때에 진공밸브(171)를 열어서 진공탱크(170)와 사이공간(180)의 압력을 동일하게 만드는 방식으로 사이공간(180)에 필요한 0.5kg/㎠ 이상의 진공압력을 1초 이내에 확보할 수 있다.Since the vacuum pump 160 installed in the electric vehicle may take a long time to create the vacuum pressure of the space 180, a vacuum tank larger than the volume of the space between the vacuum pump 160 and the space 180 ( 170) and continuously suck air into the vacuum pump 160 while the electric vehicle is running to make the air pressure in the vacuum tank 170 less than 0.01 kg/cm 2 and create a vacuum pressure of 0.99 kg/cm 2 or more to create a space between them (180 ), when vacuum pressure is required, the vacuum valve 171 is opened to equalize the pressure between the vacuum tank 170 and the space 180, and a vacuum pressure of 0.5 kg/cm 2 or more required for the space 180 is applied for 1 second. can be obtained within

이렇게 진공압력을 0.5kg/㎠ 이상의 1차 진공압력과 0.99kg/㎠ 이상의 2차 진공압력으로 구분하고 압력이 높은 2차 진공압력은 오랜 시간동안 진공펌프(160)로 흡입하여 진공탱크(170)에 확보한 다음 사이공간(180)에서 필요한 압력이 낮은 1차 진공압력을 1초 이내에 확보할 수 있도록 구성한다.In this way, the vacuum pressure is divided into a primary vacuum pressure of 0.5 kg/cm 2 or more and a secondary vacuum pressure of 0.99 kg/cm 2 or more, and the high pressure secondary vacuum pressure is sucked by the vacuum pump 160 for a long time to form a vacuum tank 170. After securing, it is configured to secure the primary vacuum pressure, which is the low pressure required in the space 180, within 1 second.

한편 배터리모듈(200)을 분리할 때에는 공기밸브(150)만 개방하여 외부공기를 공급하면 사이공간(180)의 진공압력은 1초 이내에 제거되어 결합력은 사리지고 배터리모듈(200)의 자중으로 즉시 배터리결합부(100)와 분리가 이루어진다.On the other hand, when the battery module 200 is separated, if only the air valve 150 is opened to supply external air, the vacuum pressure in the space 180 is removed within 1 second, the bonding force disappears, and the battery module 200 loses its own weight. Separation is made with the battery coupling part 100.

따라서 배터리모듈(200)과 배터리결합부(100) 사이에 밀폐된 사이공간(180)을 형성하고 이 사이공간(180)에 진공압력을 만들어서 결합하고 진공압력을 공기밸브(150)로 제거하여 배터리모듈(200)을 분리하므로, 사이공간(180)의 공기 압력을 활용하여 신속한 배터리 교환이 가능할 뿐 아니라 전기자동차에서 공기밸브(150)를 제어하므로 배터리모듈(200)에 화재가 발생하는 경우 전기자동차(1)에서 주도적으로 배터리모듈(200)의 비상분리가 가능하다.Therefore, a sealed space 180 is formed between the battery module 200 and the battery coupling part 100, and vacuum pressure is created in the space 180 to combine, and the vacuum pressure is removed by the air valve 150 to remove the battery. Since the module 200 is separated, quick battery replacement is possible using the air pressure in the space 180, and the air valve 150 is controlled in the electric vehicle, so if a fire occurs in the battery module 200, the electric vehicle In (1), emergency separation of the battery module 200 is possible.

도1은 배터리모듈이 전기자동차의 배터리결합부에 결합한 상태를 나타낸 것으로 전기자동차(1)의 하부에 형성되는 배터리결합부(100)에 결합한 배터리모듈(200)에 저장된 전기에너지를 이용하여 주행모터(20)를 구동시키고 주행모터(20)에 연결된 주행바퀴(10)를 회전시켜 자동차의 주행평면(2)을 주행하거나 정차한다.1 shows a state in which a battery module is coupled to a battery coupling part of an electric vehicle, and a driving motor using electric energy stored in a battery module 200 coupled to a battery coupling portion 100 formed at the bottom of an electric vehicle 1 20 is driven and the driving wheel 10 connected to the driving motor 20 is rotated to drive or stop on the driving plane 2 of the vehicle.

도2는 배터리모듈을 개략적으로 나타낸 도면으로, 본 실시예에서는 배터리모듈(200)의 구성 요소에 대한 설명이 용이한 직사각형 형상을 하고 있지만 형상을 직사각형으로 제한하지 않으며 모서리가 원형으로 구성되거나 일부 구간이 튀어나오는 형상으로 만들 수 있다. 배터리모듈(200)은 상부 모서리에 구비되는 삽입 바퀴(250)를 포함하고, 폐곡선으로 구성되는 제2밀착부재(210)와 밀폐부재(211)가 포함되며, 전기를 연결하는 배터리 전기배선(230)과 냉각수를 연결하는 배터리 냉각수배관(240)을 포함하고, 배터리모듈(200)의 수평이동을 방지하는 제2 결합부재(220)를 포함하여 구성한다.2 is a diagram schematically showing the battery module. In this embodiment, the battery module 200 has a rectangular shape for easy explanation of the components, but the shape is not limited to a rectangle, and the corner is composed of a circle or a partial section. It can be made into this protruding shape. The battery module 200 includes an insertion wheel 250 provided at an upper corner, and includes a second contact member 210 and a sealing member 211 composed of a closed curve, and a battery electric wiring 230 for connecting electricity. ) and a battery cooling water pipe 240 connecting the cooling water, and a second coupling member 220 preventing horizontal movement of the battery module 200.

도3은 배터리모듈을 외부 교체장치로 교환하는 구성을 개략적으로 나타낸 도면으로 외부 교체장치의 일부인 삽입유닛(400)으로 배터리모듈(200)을 받치고 있는 상황을 도시한 것이다. 삽입유닛(400)이 상승하면 배터리모듈(200)이 삽입하는 단계가 될 수 있고 반대로 삽입유닛(400)이 하강하면 배터리모듈(200)이 분리하는 단계가 될 수 있다.FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a configuration for exchanging a battery module with an external replacement device, showing a situation in which the battery module 200 is supported by an insertion unit 400, which is a part of the external replacement device. When the insertion unit 400 ascends, the battery module 200 may be inserted, and conversely, when the insertion unit 400 descends, the battery module 200 may be separated.

도1과 도3을 비교하여 살펴보면 본 발명의 핵심 내용인 사이공간(180)의 형성을 보다 명확하게 이해할 수 있는데, 삽입유닛(400)이 상승하여 배터리모듈(200)을 도3의 위치에서 도1의 위치로 상승시키면 배터리모듈(200)의 상면과 이 배터리모듈(200)에 설치되는 제2 밀착부재(210)와 이 제2 밀착부재(210) 위에 부착된 유연한 밀폐부재(211)가 배터리결합부(100)의 제1 밀착부재(110)와 밀착하면서 공기밸브(150)를 지나 공기통로(151)에서 공기가 배출되어 사이공간(180)을 형성하는 것이고 이렇게 사이공간(180)을 형성한 다음에 공기밸브(150)를 막으면서 공기통로(151)를 지나는 공기 이동이 중단되면서 배터리모듈(200)이 배터리결합부(100)에 고정되게 된다.Comparing Figures 1 and 3, it is possible to more clearly understand the formation of the space 180, which is the core content of the present invention. When it is raised to the position of 1, the upper surface of the battery module 200 and the second adhesion member 210 installed on the battery module 200 and the flexible sealing member 211 attached on the second adhesion member 210 are connected to the battery. Air is discharged from the air passage 151 through the air valve 150 while in close contact with the first contact member 110 of the coupling part 100 to form an interspace 180, and thus the interspace 180 is formed. Then, while blocking the air valve 150, the movement of air passing through the air passage 151 is stopped, and the battery module 200 is fixed to the battery coupling part 100.

이렇게 공기밸브(150)를 막아 배터리모듈(200)을 고정한 다음 진공펌프(160)로 사이공간(180)의 공기를 흡입하여 진공압력을 만들면 진공압력이 사이공간(180)의 넓은 면적에 작용하면서 강력한 결합력을 만들어서 배터리모듈(200)을 배터리결합부(100)와 단단하게 결합한다.After fixing the battery module 200 by blocking the air valve 150 in this way, when vacuum pressure is created by sucking air in the interspace 180 with the vacuum pump 160, the vacuum pressure acts on a large area of the interspace 180. The battery module 200 is firmly coupled to the battery coupling part 100 by creating a strong bonding force.

이렇게 폐곡선으로 구성되는 제1 밀착부재(110)와 제2 밀착부재(210)와 밀폐부재(211)가 밀폐유닛을 구성하여 사이공간(180)의 밀폐상태를 유지하며, 사이공간(180)에 진공압력을 만드는 진공펌프(160)가 연결되고 사이공간(180)과 진공펌프(160) 사이에 진공밸브(171)를 장착한 진공탱크(170)가 포함되도록 구성할 수 있다.The first adhesion member 110, the second adhesion member 210, and the sealing member 211 constituted by a closed curve constitute a sealing unit to maintain the airtight state of the space 180 between the spaces 180. A vacuum pump 160 that creates vacuum pressure may be connected, and a vacuum tank 170 equipped with a vacuum valve 171 may be included between the space 180 and the vacuum pump 160.

또한 배터리결합부(100)와 배터리모듈(200) 사이에서 전기를 연결하는 차량 전기배선(130)과 배터리 전기배선(230)을 포함하고 냉각수를 연결하는 차량 냉각수배관(140)과 배터리 냉각수배관(240)을 포함하고, 배터리모듈(200)의 수평이동을 방지하도록 배터리결합부(100)와 결합시키는 배터리결합부(100) 쪽의 제1 결합부재(120)와 배터리모듈(200) 쪽의 제2 결합부재(220)를 포함하고, 배터리모듈(200)에는 배터리결합부(100)에 위치오차에 의하여 발생하는 삽입과정의 배터리모듈(200) 걸림 현상을 자동으로 제거하기 위한 삽입바퀴(250))를 포함하여 구성한다.In addition, the vehicle coolant pipe 140 and the battery coolant pipe (including the vehicle electric wiring 130 and the battery electric wiring 230 connecting electricity between the battery coupling part 100 and the battery module 200 and connecting the coolant) 240), and the first coupling member 120 on the battery coupling portion 100 side and the first coupling member 120 on the side of the battery module 200 coupled to the battery coupling portion 100 to prevent horizontal movement of the battery module 200. 2 includes a coupling member 220, and the battery module 200 includes an insertion wheel 250 for automatically removing the jamming phenomenon of the battery module 200 during the insertion process caused by a positional error in the battery coupling portion 100 ), including

이렇게 구성된 전기자동차의 배터리 결합 분리 시스템은 배터리모듈(200)을 교환하여 충전하는 전기자동차(1)에서 분리되고 결합되는 배터리모듈(200), 전기자동차(1)의 차량 바닥면에서 하부쪽으로 배터리모듈(200)을 수용하는 배터리결합부(100), 배터리모듈(200)과 배터리결합부(100) 사이를 밀폐하는 밀폐유닛, 배터리모듈(200)과 배터리결합부(100)와 밀폐유닛으로 형성하는 사이공간(180), 사이공간(180)에 설치되는 공기통로(151)를 개폐하는 공기밸브(150), 공기밸브(150)를 밀폐한 다음 사이공간(180)의 공기를 흡입하여 사이공간(180)의 공기 압력을 대기압 이하인 진공압력으로 만드는 진공펌프(160)를 포함하여, 사이공간(180)의 공기 압력을 변화시켜 배터리묘듈(200)을 결합하고 분리할 수 있다.The battery coupling and separation system of the electric vehicle configured as described above includes the battery module 200 that is separated and coupled from the electric vehicle 1 that is charged by exchanging the battery module 200, and the battery module from the bottom of the vehicle 1 to the bottom. A battery coupling portion 100 accommodating 200, a sealing unit sealing between the battery module 200 and the battery coupling portion 100, and a battery module 200 and the battery coupling portion 100 and the sealing unit formed by The air valve 150 that opens and closes the air passage 151 installed in the space 180 and the space 180, the air valve 150 is sealed, and then the air in the space 180 is sucked into the space between The battery module 200 can be coupled and separated by changing the air pressure of the interspace 180, including the vacuum pump 160 which makes the air pressure of 180 to a vacuum pressure below atmospheric pressure.

이렇게 구성되는 전기자동차(1)의 배터리 결합 분리 시스템은 공기밸브(150)가 공기통로(151)를 막아 사이공간(180)의 공기를 대기압 상태에서 가두면 배터리모듈(200)이 배터리결합부(100)에 고정되고, 진공펌프(160)가 공기를 흡입하여 진공압력을 만들면 결합력이 발생하여 배터리모듈(200)이 배터리결합부(100)에 결합한다.In the battery coupling and separation system of the electric vehicle 1 configured as described above, when the air valve 150 blocks the air passage 151 and traps the air in the space 180 at atmospheric pressure, the battery module 200 connects the battery to the battery coupling portion ( 100), and when the vacuum pump 160 sucks in air to create vacuum pressure, a bonding force is generated so that the battery module 200 is coupled to the battery coupling part 100.

이 과정에서 사이공간(180)의 면적에 진공압력이 작용하여 만드는 결합력을 배터리모듈(200) 무게의 3배 이상이 되도록 구성하여 배터리모듈(200)과 배터리결합부(100)의 결합을 유지할 수 있는데, 충격하중이 배터리모듈(200) 무게의 2배까지 발생하므로 안전율 1.5를 적용하여 배터리모듈(200) 무게의 3배 이상의 결합력을 만들면 결합에 필요한 안전성을 확보할 수 있다.In this process, it is possible to maintain the coupling between the battery module 200 and the battery coupling part 100 by configuring the bonding force created by applying the vacuum pressure to the area of the space 180 to be more than three times the weight of the battery module 200. However, since the shock load occurs up to twice the weight of the battery module 200, safety required for coupling can be secured by applying a safety factor of 1.5 to create a bonding force three times or more the weight of the battery module 200.

본 실시예에서는 사이공간(180)을 배터리모듈(200)의 중앙에 하나가 배치된 실시예만 도시하였으나 양쪽에 2개나 그 이상으로 분리하여 다양하게 배치할 수 있으며 500kg 정도의 배터리묘듈(200)에 사이공간(180)의 면적을 1㎡ 이상 확보하고 진공압력을 0.5kg/㎠ 이상 유지하면 결합력은 무게의 10배인 5,000 kg 이상을 확보하는 바람직한 구성이 될 것이다.In this embodiment, only one embodiment is shown in which the interspace 180 is disposed in the center of the battery module 200, but it can be separated into two or more on both sides and arranged in various ways, and the battery module 200 weighing about 500 kg If the area of the space 180 between 1 m2 or more is secured and the vacuum pressure is maintained at 0.5 kg/cm 2 or more, the binding force will be a preferred configuration that secures 5,000 kg or more, which is 10 times the weight.

또한 진공펌프(160) 혼자서 사이공간(180)에 필요한 진공압력을 만드는 시간이 상당히 오래 걸리게 되므로 이를 보완하기 위하여 사이공간(180)의 공기 압력을 순간적으로 낮출 수 있도록 사이공간(180)과 진공펌프(160) 사이에 설치되는 진공탱크(170)를 포함할 수 있는데, 사이공간(180)의 부피 이상의 체적을 가진 진공탱크(170)를 사이공간(180)과 진공펌프(160) 사이에 설치하여 전기자동차(1)가 주행하는 시간동안 공기를 흡입하여 진공탱크(170)의 공기 압력을 0.01kg/㎠ 이하로 유지하여 진공압력을 0.99kg/㎠ 이상을 확보한 상태에서 사이공간(180)에서 진공이 필요한 시점에 진공탱크(170)의 진공밸브(171)를 개방하면 1초 이내에 사이공간(180)과 진공탱크(170)의 공기 압력을 동시에 0.5kg/㎠ 이하로 낮추어 결합력 확보에 필요한 사이공간(180)의 진공압력 0.5kg/㎠을 1초 이내에 확보할 수 있다.In addition, since it takes a very long time to create the required vacuum pressure in the space 180 by the vacuum pump 160 alone, the air pressure in the space 180 can be instantly lowered to compensate for this. It may include a vacuum tank 170 installed between the spaces 160. A vacuum tank 170 having a volume greater than or equal to the volume of the space 180 is installed between the space 180 and the vacuum pump 160. During the driving time of the electric vehicle 1, air is sucked in and the air pressure of the vacuum tank 170 is maintained at 0.01 kg/cm2 or less to secure the vacuum pressure at 0.99 kg/cm2 or more. When the vacuum valve 171 of the vacuum tank 170 is opened at the time when vacuum is required, the air pressure of the space 180 and the vacuum tank 170 is simultaneously lowered to 0.5 kg/cm2 or less within 1 second to secure the bonding force. A vacuum pressure of 0.5 kg/cm 2 in the space 180 can be secured within 1 second.

사이공간(180)의 밀폐유닛은, 배터리모듈(200)의 상부면의 일부를 구성하며 폐곡선으로 이루어지는 제2 밀착부재(210), 배터리결합부(100)의 일부를 구성하며 제2 밀착부재(210)와 일정 간극 이하로 서로 밀착하는 제1 밀착부재(110), 제1 밀착부재(110)와 제2 밀착부재(210) 사이에서 간극을 완전히 밀폐하는 밀폐부재(211)를 포함하여, 사이공간(180)의 공기를 밀폐할 수 있도록 구성할 수 있다.The sealing unit of the interspace 180 constitutes a part of the upper surface of the battery module 200 and constitutes a part of the second adhesion member 210 formed of a closed curve, and the battery coupling part 100, and the second adhesion member ( 210) and the first adhesion member 110 in close contact with each other below a certain gap, including the sealing member 211 for completely sealing the gap between the first adhesion member 110 and the second adhesion member 210, The air of the space 180 can be configured to be sealed.

배터리결합부(100)쪽의 제1 밀착부재(110)와 배터리모듈(200)쪽의 제2 밀착부재(210) 사이의 간극은 최대 2mm 정도가 발생할 수 있으므로 이렇게 최대 간극을 밀폐부재(211)의 탄성으로 충분히 밀폐할 수 있도록 구성하는데 이를 위하여 폐곡선으로 이루어지는 밀폐부재(211)를 배터리모듈(200)의 제2 밀착부재(210) 위에 부착하여 구성하면 배터리 교환단계마다 분리된 배터리모듈(200)에 부착된 밀폐부재(211)의 상태를 확인하여 밀폐부재(211)의 열화 상태를 관리하고 교체할 수 있어서 사이공간(180)의 진공을 확실하게 확보할 수 있으며 밀폐부재(211)의 재질과 형상은 통상의 진공장치에서 사용하는 것을 사용하여도 충분하다.Since the gap between the first contact member 110 on the side of the battery coupling part 100 and the second contact member 210 on the side of the battery module 200 may be up to about 2 mm, the maximum gap in this way is sealed by the sealing member 211 For this purpose, if the sealing member 211 made of a closed curve is attached on the second contact member 210 of the battery module 200, the battery module 200 separated at each battery exchange step. By checking the state of the sealing member 211 attached to, it is possible to manage and replace the deterioration state of the sealing member 211, so that the vacuum of the space 180 can be ensured, and the material of the sealing member 211 and It is sufficient to use the shape used in a normal vacuum apparatus.

한편 배터리모듈(200)과 배터리결합부(100) 사이의 수평 이동을 방지하는 결합유닛을 추가로 포함하여 배터리모듈(200)과 배터리결합부(100)의 결합 상태를 확실하게 구성할 수 있는데, 이를 위하여 결합유닛은 배터리모듈(200)의 상부면 위쪽에 부착되고 요철부로 이루어지는 제1 결합부재(120), 수직방향 유연성이 큰 배터리결합부(100)의 상부면 아래쪽에 부착되고 제1 결합부재(120)와 반대의 요철부로 이루어지는 제2 결합부재(220)로 이루어져, 사이공간(180)의 공기 압력을 대기압 이하로 낮추면 제2 결합부재(220)가 제1 결합부재(120) 쪽으로 이동하여서 밀착하도록 구성한다.On the other hand, it is possible to reliably configure the coupled state of the battery module 200 and the battery coupling unit 100 by further including a coupling unit that prevents horizontal movement between the battery module 200 and the battery coupling unit 100. To this end, the coupling unit is attached to the upper surface of the battery module 200 and is attached to the lower portion of the upper surface of the first coupling member 120 made of irregularities and the battery coupling portion 100 having a large vertical flexibility, and the first coupling member It consists of a second coupling member 220 made of concavo-convex portions opposite to those of 120, and when the air pressure in the space 180 is lowered to atmospheric pressure or less, the second coupling member 220 moves toward the first coupling member 120, configured to fit tightly.

결합부재는 배터리모듈(200)과 배터리결합부(100)가 서로 수평 방향으로 미끄러지는 것을 방지하여 계속 결합을 유지하게 만드는 부재로서 사이공간(180)의 진공압력이 만들어내는 결합력은 수직 방향으로만 작용하기 때문에 수평 방향으로 강한 외력이 충격적으로 작용하는 경우 미끄럼에 저항하지 못하는 경우를 대비하여 요철부를 만들어서 수평 방향으로 강한 결합을 유지하는 역할을 하며, 본 실시예에서는 배터리체결부(100)의 제1 결합부재(120)가 볼록하고 배터리모듈(200)의 제2 결합부재(220)가 오목한 형태로 구성되어 있으나 상황에 따라서 이를 반대로 구성할 수도 있다.The coupling member is a member that prevents the battery module 200 and the battery coupling part 100 from sliding in the horizontal direction to keep them coupled, and the coupling force created by the vacuum pressure of the space 180 between them is only in the vertical direction. Therefore, it serves to maintain strong coupling in the horizontal direction by creating concave-convex parts in case a strong external force in the horizontal direction acts shockingly and cannot resist sliding. In this embodiment, the battery fastening part 100 Although the first coupling member 120 is convex and the second coupling member 220 of the battery module 200 is concave, it may be configured in the opposite way depending on circumstances.

사이공간(180)의 진공압력이 사이공간(180)의 면적에 작용하여 만드는 큰 수직방향 결합력과 결합부재의 요철부가 기계적으로 결합하여 만드는 수평방향 결합력은 전기자동차가 어떠한 충격과 외력을 받는 상황에서도 배터리모듈(200)을 확실하게 결합하게 작동하고, 배터리모듈(200)을 분리할 상황에서는 공기밸브(150)를 개방하면 사이공간(180)의 진공압력을 제거되어 바로 결합력이 사라지기 때문에 신속하게 분리되도록 구성된다.The large vertical coupling force created by the vacuum pressure of the interspace 180 acting on the area of the interspace 180 and the horizontal coupling force created by the mechanical coupling of the concavo-convex parts of the coupling member are effective even in situations where the electric vehicle is subjected to any shock or external force. In a situation where the battery module 200 is operated reliably and the battery module 200 is to be separated, when the air valve 150 is opened, the vacuum pressure in the space 180 is removed and the coupling force disappears quickly. configured to be separated.

또한, 배터리모듈(200)은 도 2에 도시된 바와 같이 상부 모서리에 구비되는 삽입바퀴(250)를 더 포함할 수 있다. 삽입바퀴(250)는 배터리모듈(200)이 삽입유닛(400)에 의하여 배터리결합부(100)에 삽입되는 과정에서 발생하는 걸림 현상을 방지하고 신속하게 삽입되도록 도와줄 뿐 아니라, 분리된 배터리모듈(200)을 인출하는 과정에서도 배터리결합부(100)과 배터리모듈(200) 사이에서 마찰이 발생하지 않고 신속하게 인출될 수 있도록 하는 역할을 수행한다.In addition, the battery module 200 may further include insertion wheels 250 provided at upper corners, as shown in FIG. 2 . The insertion wheel 250 prevents jamming that occurs in the process of inserting the battery module 200 into the battery coupling part 100 by the insertion unit 400 and helps to quickly insert the battery module, as well as the separated battery module. Even in the process of withdrawing 200, it serves to ensure that friction does not occur between the battery coupling part 100 and the battery module 200 so that it can be quickly withdrawn.

배터리모듈(200)이 배터리 결합부(100)에 삽입되기 위하여 삽입 유닛(400)에 의해 상승할 때 배터리모듈(200)과 배터리 결합부(100) 사이에 상기 삽입바퀴(250) 반경의 절반에 해당하는 위치오차가 발생한 경우를 예를 들면, 삽입바퀴(250)의 수평면에서 60도 각도의 위치에서 삽입바퀴(250)가 배터리결합부(100)에 걸려서 수직 방향으로 미는 힘이 발생하고, 이 수직 방향의 힘은 삽입바퀴(250) 중심 방향의 힘과 수평 방향의 힘으로 분력이 발생하고 수평 방향 분력은 1/Tan60°에 해당하는 약 57%가 발생하므로 삽입 유닛(400)의 상면 마찰계수가 0.57 이하가 되면 마찰 저항보다 수평 방향 분력이 커져서 삽입 과정에서 배터리모듈(200)이 배터리결합부(100)의 안쪽으로 미끄러지며 자동적인 수평 이동이 이루어져 오차가 제거되어 배터리모듈(200)이 배터리 결합부(100)로 신속하고 정확하게 삽입이 이루어지게 된다. 이렇게 자동으로 위치오차를 해소하기 위하여 어느 방향으로도 자유롭게 회전하며 마찰계수가 0.1 이하인 볼케스터 같은 미끄럼바퀴(410)를 삽입 유닛(400)의 상면에 설치하는 것이 보다 바람직하다.When the battery module 200 ascends by the insertion unit 400 to be inserted into the battery coupling portion 100, between the battery module 200 and the battery coupling portion 100, half of the radius of the insertion wheel 250 For example, when a corresponding position error occurs, the insertion wheel 250 is caught on the battery coupling part 100 at an angle of 60 degrees from the horizontal plane of the insertion wheel 250, and a vertical pushing force is generated. The force in the vertical direction is generated by the force in the center of the insertion wheel 250 and the force in the horizontal direction. When is less than 0.57, the horizontal component force becomes greater than the frictional resistance, so that the battery module 200 slides inside the battery coupling part 100 during the insertion process, and the error is eliminated by automatic horizontal movement, so that the battery module 200 is a battery Insertion into the coupling part 100 is made quickly and accurately. It is more preferable to install a sliding wheel 410, such as a ball caster, which freely rotates in any direction and has a friction coefficient of 0.1 or less, on the upper surface of the insertion unit 400 in order to automatically eliminate the positional error.

삽입바퀴(250)는 반경의 절반에 해당하는 위치오차는 자동으로 제거할 수 있으므로 직경 40mm를 사용하는 경우 10mm 의 위치오차를 제거하는 효과가 있어서 수평이동유닛(300)을 메커넘휠로 구성하면 삽입전에 배터리모듈(200)의 위치오차를 10mm 이하로 유지할 수 있다.Since the insertion wheel 250 can automatically remove a position error corresponding to half of the radius, when using a diameter of 40 mm, there is an effect of removing a position error of 10 mm. The position error of the battery module 200 may be maintained below 10 mm.

삽입바퀴(250)를 배터리모듈(200)이 가장자리부보다 약간 더 돌출되게 설치함으로서 삽입과 인출 과정에서 걸림 현상이 발생하지 않고 신속하고 정확하게 배터리모듈(200)이 배터리결합부(100)에 삽입되고 인출될 수 있다.By installing the insertion wheel 250 so that the battery module 200 protrudes slightly more than the edge, the battery module 200 is quickly and accurately inserted into the battery coupling part 100 without jamming during the insertion and withdrawal process. can be withdrawn.

배터리모듈(200)의 상단에 전기를 연결하는 배터리 전기배선(230)과 냉각수를 연결하는 배터리 냉각수배관(240)이 설치되고, 배터리모듈(200)이 결합하는 배터리결합부(100)에는 이들과 대응하는 차량 전기배선(130)과 차량 냉각수배관(140)이 설치되어 전기와 냉각수를 서로 연결하고, 배터리결합부(100)는 배터리모듈(200)의 삽입바퀴(250)를 수용할 수 있도록 가장자리부의 상단을 안쪽으로 더 깊게 파이도록 형성될 수 있다.A battery electric wiring 230 for connecting electricity and a battery cooling water pipe 240 for connecting coolant are installed at the top of the battery module 200, and the battery coupling part 100 to which the battery module 200 is coupled has them and Corresponding vehicle electrical wiring 130 and vehicle cooling water pipe 140 are installed to connect electricity and cooling water to each other, and the battery coupling part 100 has an edge to accommodate the insertion wheel 250 of the battery module 200. It may be formed to dig deeper into the upper end of the part.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리 결합 분리 시스템에서 배터리모듈이 전기자동차로부터 비상분리한 상태를 개략적으로 나타낸 도면으로, 도 1과 도 4을 비교하면 전기자동차 화재 발생에 의한 배터리 비상분리 상태를 쉽게 이해할 수 있다.4 is a view schematically showing a state in which a battery module is emergencyly separated from an electric vehicle in a battery coupling and separation system of an electric vehicle according to an embodiment of the present invention. Comparing FIG. 1 and FIG. Battery emergency disconnection status can be easily understood.

도 1과 같이 자동차 주행평면(2)을 주행하는 전기자동차(1)에서 배터리모듈(200)에서 화재가 발생하거나 화재 발생의 전조현상인 고온가열의 비상상황이 발생하는 경우, 이를 인지한 전기자동차(1)는 공기밸브(150)를 개방하여 공기통로(151)를 통하여 사이공간(180)에 공기를 공급하면 진공압력이 빠르게 제거되면서 결합력이 사라져 배터리결합부(100)에서 배터리모듈(200)이 분리되고 중력에 의하여 인출되어 상기 전기자동차(1)의 하부 평면인 자동차 주행평면(2)으로 낙하하여 도 4와 같이 차량과 이격된 상태가 된다.As shown in FIG. 1, when a fire occurs in the battery module 200 in the electric vehicle 1 traveling on the driving plane 2 or an emergency of high temperature heating, which is a precursor to a fire, occurs, the electric vehicle that recognizes this (1), when the air valve 150 is opened and air is supplied to the interspace 180 through the air passage 151, the vacuum pressure is quickly removed and the bonding force disappears, and the battery module 200 in the battery coupling part 100 This is separated and pulled out by gravity and falls to the vehicle running plane 2, which is the lower plane of the electric vehicle 1, and becomes separated from the vehicle as shown in FIG. 4.

배터리모듈(200)에서 화재가 발생하는 경우, 전기자동차(1)에서 공기밸브(150)를 개방하여 사이공간(180)에 공기를 공급하여 공기압력을 대기압으로 높이면 진공압력이 사라져 결합력이 0이 되고 배터리모듈(200)이 중력에 의하여 배터리결합부(100)에서 인출되고 전기자동차(1)의 하부 평면으로 낙하하여 분리된다.When a fire occurs in the battery module 200, the electric vehicle 1 opens the air valve 150 to supply air to the interspace 180 to increase the air pressure to atmospheric pressure, the vacuum pressure disappears and the bonding force becomes 0. The battery module 200 is pulled out of the battery coupling part 100 by gravity and falls to the lower plane of the electric vehicle 1 to be separated.

이렇게 배터리모듈(200)의 화재를 감지한 전기자동차(1)가 신속하게 공기밸브(150)를 개방하여 배터리모듈(200)을 전기자동차(1)의 배터리결합부(100)에서 분리하여 자동차 이동평면(2)까지 낙하시킴으로서 배터리의 화재에 빠르게 대응하여 배터리모듈(200)에 화재가 발생하여도 차량으로 화재가 번지지 않도록 이격하여 전기자동차에서 배터리 화재가 발생하여도 안전을 확보할 수 있다.The electric vehicle 1 detecting the fire of the battery module 200 in this way quickly opens the air valve 150 to separate the battery module 200 from the battery coupling part 100 of the electric vehicle 1, and the vehicle moves. By dropping to the plane 2, safety can be ensured even if a battery fire occurs in an electric vehicle by separating so that the fire does not spread to the vehicle even if a fire occurs in the battery module 200 by quickly responding to a battery fire.

배터리모듈(200)의 화재에 보다 더 안전한 대응을 위하여, 비상분리되어 자동차 주행평면(2)에 떨어져 불타는 배터리모듈(200)의 위치에서 전기자동차(1)를 안전한 위치로 비상이동을 하기 위하여, 배터리모듈(200)이 분리된 전기자동차를 이동시키기 위한 전기는 보조배터리의 저압전기를 컨덴서에 저장하여 주행모터(20)에 고압전기로 공급하도록 구성할 수 있다.In order to respond more safely to the fire of the battery module 200, the electric vehicle 1 is moved to a safe location in an emergency from the position of the burning battery module 200, which is separated and falls on the vehicle driving plane 2, Electricity for moving the electric vehicle from which the battery module 200 is separated may be configured such that low-voltage electricity of the auxiliary battery is stored in a capacitor and supplied to the driving motor 20 as high-voltage electricity.

배터리모듈(200)이 분리된 상태에서 주행모터(20)의 비상이동에 필요한 고압의 전기 공급은 복수의 컨덴서를 병렬연결하여 보조배터리의 저압 전기를 저장한 다음, 저압 전기를 저장한 컨덴서를 직렬연결하여 비상이동에 필요한 주행모터(20)로 고압 전기를 출력하도록 구성하여 배터리모듈(200)이 분리된 상태에서도 전기자동차(1)가 분리된 배터리모듈(200)의 화재 영향권에서 신속하게 벗어나 안전한 장소로 대피할 수 있도록 구성한다.In the state where the battery module 200 is separated, the high voltage electricity required for emergency movement of the driving motor 20 is supplied by connecting a plurality of capacitors in parallel to store the low voltage electricity of the auxiliary battery, and then the capacitor storing the low voltage electricity in series. It is configured to output high-voltage electricity to the driving motor 20 required for emergency movement by connecting the electric vehicle 1 to a safe place where the electric vehicle 1 quickly escapes from the fire influence area of the separated battery module 200 even when the battery module 200 is separated. Organize it so that it can be evacuated to a place.

컨덴서는 얇은 금속판을 이용하여 전기를 저장할 수 있는 장치로서 전류와 전압의 위상 차이를 만드는 등 다양한 용도로 사용되는 부품이지만 이 컨덴서의 다양한 기능 가운데 전기저장능력을 극대화한 컨덴서인 슈퍼커패시터를 이용하여 전기를 빠르게 저장하고 저장된 전기를 빠르게 공급할 수 있도록 직렬연결 회로와 병렬연결 회로를 선택적으로 사용함으로서 보조배터리의 저압전기로 충전하여 주행모터에 필요한 고압전기를 공급하도록 구성할 수 있다.A capacitor is a device that can store electricity using a thin metal plate and is used for various purposes, such as making a phase difference between current and voltage. By selectively using a series connection circuit and a parallel connection circuit to quickly store and quickly supply the stored electricity, it is possible to charge the auxiliary battery with low voltage electricity and supply the high voltage electricity required for the driving motor.

이렇게 컨덴서로 장치를 구성하면 50m 정도의 비상이동에 필요한 전기를 주행모터(20)에 공급할 수 있을 뿐 아니라 전기자동차의 주행과 제동에서 발생하는 순간적인 전기의 공급량 변화에 대응하여 전기자동차의 주행 성능을 개선할 수 있다.If the device is configured with a capacitor in this way, electricity required for emergency movement of about 50 m can be supplied to the driving motor 20, and the driving performance of the electric vehicle responds to the instantaneous change in the amount of electricity supplied during driving and braking of the electric vehicle. can improve

자율주행 기술개발이 활발하게 이루어져 5단계인 완전 자율주행에서는 운전자가 잠든 상태로 자동차가 자율주행할 수 있는 상태이므로 완전 자율주행하는 전기자동차에서 배터리의 화재가 발생한다면 그대로 차량까지 전소가 될 수 있어서 운전자의 안전을 크게 위협하는 문제가 될 수 있으므로 전기자동차가 배터리 화재에서 스스로 비상분리하고 비상이동하여 위험을 극복할 수 있다면 자율주행에서 전기자동차의 안전성과 신뢰성을 확보할 수 있게 된다.Autonomous driving technology has been actively developed, and in the fifth stage, fully autonomous driving, the vehicle can drive autonomously while the driver is asleep. Since it can be a problem that greatly threatens the safety of the driver, if the electric vehicle can overcome the danger by emergency separation from the battery fire and emergency movement, the safety and reliability of the electric vehicle can be secured in autonomous driving.

배터리모듈(200)을 비상분리하고 비상분리한 전기자동차(1)를 비상이동하면 운전자가 운전하지 않고 차량 스스로 주행하는 자율주행 차량인 전기자동차에서 예상할 수 없는 배터리 화재로부터 충분한 안전성을 확보할 수 있게 되므로 전기자동차 배터리 분리 시스템은 전기자동차를 이용한 완전한 자율주행 단계의 안전성 확보에 크게 기여할 것이다.If the battery module 200 is emergency separated and the emergency separation electric vehicle 1 is moved in an emergency, it is possible to secure sufficient safety from an unexpected battery fire in an electric vehicle, which is a self-driving vehicle that drives by itself without a driver driving. Therefore, the electric vehicle battery separation system will greatly contribute to securing the safety of fully autonomous driving using electric vehicles.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리 결합 분리 방법의 순서도이다.5 is a flowchart of a method for coupling and separating a battery of an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.

도 5에 도시된 방법은 도 1 내지 도4에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리 결합 분리 시스템에 의해 수행될 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리 결합 분리 방법을 수행하기 위한 상기 전기자동차의 배터리 결합 분리 시스템에 대한 설명은 상술한 바 있으므로 동일한 부호를 사용하되 중복되는 상세한 설명은 생략하도록 한다.The method shown in FIG. 5 may be performed by the battery coupling/separation system of an electric vehicle according to an embodiment of the present invention shown in FIGS. 1 to 4 . Therefore, since the description of the battery coupling and separation system of the electric vehicle for performing the method of coupling and separating the battery of the electric vehicle according to an embodiment of the present invention has been described above, the same reference numerals are used, but overlapping detailed descriptions will be omitted. .

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리 결합 분리 방법은 전기자동차 진입단계(S100), 배터리모듈 분리단계(S200), 배터리모듈 교환단계(S300), 배터리모듈 결합단계(S400) 및 전기자동차 진출단계(S500)를 포함한다.Referring to FIG. 5 , a method for coupling and separating a battery of an electric vehicle according to an embodiment of the present invention includes an electric vehicle entry step (S100), a battery module separation step (S200), a battery module exchange step (S300), and a battery module coupling step. (S400) and an electric vehicle entry step (S500).

전기자동차(1)의 하부에 형성되는 배터리결합부(100)와 배터리결합부(100)에 탈착 가능하게 결합되는 배터리모듈(200)과 배터리결합부(100)와 배터리모듈(200)이 만드는 사이공간(180)의 공기압을 변화시켜 배터리모듈(200)을 분리하고 결합하는 전기자동차의 배터리 결합 분리 시스템의 전기자동차의 배터리 결합 분리 방법에 있어서, 전기자동차(1)가 배터리교환소로 진입하는 전기자동차 진입단계(S100), 사이공간(180)에 공기를 공급하여 공기압력을 대기압으로 만들어 방전된 배터리모듈(200)을 배터리결합부(100)로부터 분리시키고 분리된 배터리모듈(200)을 외부의 삽입유닛(400)을 이용하여 하부의 교환공간으로 내려놓은 배터리모듈 분리단계(S200), 교환공간에서 방전된 배터리모듈(200)을 미리 충전된 배터리모듈(200)로 교환하는 배터리모듈 교환단계(S300), 교환공간에서 교환된 충전된 배터리모듈(200)을 삽입유닛(400)을 이용하여 배터리결합부(100)에 삽입하고 진공펌프(170)로 사이공간(180)의 공기 압력을 대기압 이하로 만들어 배터리모듈(200)을 배터리결합부(100)에 결합시키는 배터리모듈 결합 단계(S400), 전기자동차(1)가 배터리교환소에서 진출하는 전기자동차 진출단계(S500)를 포함하여 구성할 수 있다.Between the battery coupling part 100 formed at the bottom of the electric vehicle 1, the battery module 200 detachably coupled to the battery coupling part 100, and the battery coupling part 100 and the battery module 200 In the method of coupling and separating a battery of an electric vehicle of an electric vehicle battery coupling and separation system in which the battery module 200 is separated and coupled by changing the air pressure in the space 180, the electric vehicle 1 enters the battery exchange center. In the entry step (S100), air is supplied to the interspace 180 to make the air pressure equal to atmospheric pressure, thereby separating the discharged battery module 200 from the battery coupling part 100 and inserting the separated battery module 200 from the outside. A battery module separation step (S200), which is lowered into the exchange space at the bottom using the unit 400, and a battery module exchange step (S300) of exchanging the discharged battery module 200 in the exchange space with a pre-charged battery module 200. ), the charged battery module 200 exchanged in the exchange space is inserted into the battery coupling part 100 using the insertion unit 400, and the air pressure in the interspace 180 is reduced to atmospheric pressure or less by the vacuum pump 170. It can be configured to include a battery module coupling step (S400) of making and coupling the battery module 200 to the battery coupling unit 100, and an electric vehicle advancing step (S500) in which the electric vehicle 1 moves out of the battery exchange center.

배터리모듈 분리단계(S200)는 배터리모듈(200)을 수직이동시킬 수 있는 삽입유닛(400)이 혼자서 배터리결합부(100) 방향으로 수직 상승하여 방전된 배터리모듈(200)과 접촉하는 삽입유닛 제1 상승단계(S210), 공기밸브(150)를 개방하여 사이공간(180)에 공기를 공급하여 진공압력을 제거하여 배터리결합부(100)와 방전된 배터리모듈(200)의 결합을 해제하는 배터리모듈 결합 해제 단계(S220), 삽입유닛(400)이 방전된 배터리모듈(200)과 함께 하강하며 방전된 배터리모듈(200)을 교환공간의 수평이동유닛(300)에 내려놓은 삽입유닛 제1 하강단계(S230)를 포함하여 구성할 수 있다.In the battery module separation step (S200), the insertion unit 400 capable of vertically moving the battery module 200 rises vertically in the direction of the battery coupling part 100 by itself, and the insertion unit contacts the discharged battery module 200. 1 rising step (S210), a battery that releases the coupling between the battery coupling part 100 and the discharged battery module 200 by opening the air valve 150 to supply air to the space 180 and removing the vacuum pressure In the module uncoupling step (S220), the insertion unit 400 descends together with the discharged battery module 200, and the first descent of the insertion unit puts the discharged battery module 200 on the horizontal moving unit 300 in the exchange space. It can be configured including step (S230).

배터리모듈 결합단계(S400)는 배터리모듈9200)을 수직이동시킬 수 있는 삽입유닛(400)이 교환공간의 수평이동유닛(300)에 위치한 충전된 배터리모듈(200)을 배터리결합부(100) 방향으로 수직 상승시키는 삽입유닛 제2 상승단계(S410), 충전된 배터리모듈(200)이 배터리결합부(100)에 삽입되면서 충전된 배터리모듈(200)에 설치된 삽입바퀴(250)에 의하여 충전된 배터리모듈(200)과 배터리결합부(100) 간의 위치 오차가 제거되는 위치오차 제거단계(S420), 사이공간(180)의 공기밸브(150)를 폐쇄하여 공기이동을 중단시켜 충전된 배터리모듈(200)을 배터리결합부(100)에 고정하는 배터리모듈 고정단계(S430), 진공펌프(160)로 사이공간(180)의 공기 압력을 대기압 이하로 만들어 충전된 배터리모듈(200)을 배터리결합부(100)에 체결하는 배터리모듈 체결단계(S440), 삽입유닛(400)이 혼자서 하강하는 삽입유닛 제2하강단계(S450)를 포함하여 구성할 수 있다.In the battery module coupling step (S400), the insertion unit 400 capable of vertically moving the battery module 9200 moves the charged battery module 200 located in the horizontal movement unit 300 of the exchange space toward the battery coupling unit 100. Insertion unit 2nd lifting step (S410) to vertically raise the battery charged by the insertion wheel 250 installed on the charged battery module 200 while the charged battery module 200 is inserted into the battery coupling part 100 A positional error elimination step (S420) in which the positional error between the module 200 and the battery coupling part 100 is eliminated, the air valve 150 of the space 180 is closed to stop air movement, and the charged battery module 200 ) The battery module fixing step (S430) of fixing the battery module to the battery coupling unit 100, the vacuum pump 160 makes the air pressure of the interspace 180 less than atmospheric pressure, and the charged battery module 200 to the battery coupling unit ( 100), the battery module fastening step (S440), and the insertion unit 400 can be configured to include a second lowering step (S450) of lowering the insertion unit alone.

도 3을 이용하여 배터리모듈(200)을 외부의 삽입유닛(400)으로 결합하고 분리하는 과정을 상세하게 설명하면, 전기자동차(1)의 하부에서 삽입유닛(400)이 배터리결합부(100)에 연결된 배터리모듈(200)의 하부를 지지하면, 전기자동차에서 공기밸브(150)을 개방하여 배터리모듈(200)을 결합하는 결합력을 발생시키는 진공압력을 제거하여 배터리모듈(200)을 분리하면 결합력이 사라져 무게에 의하여 삽입유닛(400)에 배터리모듈(200)이 실리게 되며, 이 상태에서 삽입유닛(400)을 내리면 배터리모듈(200)이 하강하여 수평이동유닛(300)들이 배치된 교환공간에 내려오게 된다.Referring to the detailed description of the process of coupling and separating the battery module 200 to the external insertion unit 400 using FIG. 3, the insertion unit 400 from the lower part of the electric vehicle 1 When the lower part of the battery module 200 connected to is supported, the air valve 150 is opened in the electric vehicle to remove the vacuum pressure that generates the bonding force that couples the battery module 200 to separate the battery module 200. The weight disappears and the battery module 200 is loaded on the insertion unit 400, and in this state, when the insertion unit 400 is lowered, the battery module 200 descends and the exchange space where the horizontal movement units 300 are disposed. come down to

교환공간에서는 방전된 배터리모듈(200)과 충전된 배터리모듈(200)이 수평이동유닛(300)으로 이동하며 서로 교환이 이루어지고, 교환된 충전된 배터리모듈(200)을 삽입유닛(400)으로 상승시켜 배터리모듈(200)을 배터리결합부(100)로 삽입하고, 삽입이 완료되면 공기밸브(150)를 막아서 공기이동을 차단하여 배터리모듈(200)을 고정시키고, 고정된 사이공간(180)의 공기를 진공펌프(160)로 흡입하여 진공압력을 만들어 배터리모듈(200)을 배터리결합부(100)에 결합시킨다.In the exchange space, the discharged battery module 200 and the charged battery module 200 move to the horizontal moving unit 300 and are exchanged with each other, and the exchanged charged battery module 200 is moved to the insertion unit 400. The battery module 200 is inserted into the battery coupling part 100 by raising it, and when the insertion is completed, the air valve 150 is blocked to block air movement to fix the battery module 200, and the space between the fixed spaces 180 The air is sucked into the vacuum pump 160 to create vacuum pressure and couple the battery module 200 to the battery coupling part 100.

배터리모듈(200)의 교환에서 배터리모듈과 배터리결합구의 고정과 결합 그리고 분리는 전기자동차(1)의 공기밸브(150)와 진공펌프(160)로 수행하고 배터리모듈(200)의 결합을 위한 상승과 삽입 그리고 분리된 배터리모듈(200)의 인출과 하강은 외부장치인 삽입유닛(400)으로 수행함으로서 전기자동차(1)와 외부장치인 삽입유닛(400)이 서로 역할을 분담하여 1분 이내에 배터리모듈(200)을 교체할 수 있다.In the exchange of the battery module 200, the fixing, coupling, and separation of the battery module and the battery coupler are performed by the air valve 150 and the vacuum pump 160 of the electric vehicle 1, and the lift for coupling the battery module 200 And insertion and withdrawal and lowering of the separated battery module 200 are performed by the insertion unit 400, which is an external device, so that the electric vehicle 1 and the insertion unit 400, which is an external device, share roles with each other to obtain a battery within 1 minute. The module 200 can be replaced.

배터리모듈 교환은 수평이동유닛(300)으로 수행하는데, 이 과정에서 수평이동유닛(300)은 메카넘휠의 회전조합을 이용하면 배터리결합부(100)와 배터리모듈(200) 사이의 삽입 오차를 10mm 이내가 되도록 배터리모듈(200) 이동을 제어할 수 있으므로 배터리모듈(200)의 삽입바퀴(250) 직경을 최대 삽입오차의 4배인 40mm 이상으로 사용하는 것이 바람직하다. The battery module replacement is performed by the horizontal movement unit 300. In this process, the horizontal movement unit 300 reduces the insertion error between the battery coupling part 100 and the battery module 200 by 10 mm by using the rotational combination of the mecanum wheels. Since the movement of the battery module 200 can be controlled to be within the range, it is preferable to use the diameter of the insertion wheel 250 of the battery module 200 to be 40 mm or more, which is four times the maximum insertion error.

배터리모듈(200)에 화재가 발생하는 경우 전기자동차(1)에서 사이공간(180)에 공기를 공급하여 배터리모듈(200)을 분리하면 중력으로 배터리결합부(100)에서 인출되고 전기자동차(1)의 주행평면(2)으로 낙하시키는 비상분리단계, 배터리모듈(200)이 분리된 전기자동차(1)를 보조배터리에 저장된 전기를 이용하여 화재로 낙하한 배터리모듈(200)에서 떨어진 안전한 위치로 전기자동차(1)를 이동시키는 비상이동단계를 더 포함할 수 있다.When a fire occurs in the battery module 200, when the battery module 200 is separated by supplying air to the space 180 in the electric vehicle 1, it is withdrawn from the battery coupling part 100 by gravity and the electric vehicle 1 ) Emergency separation step of dropping the electric vehicle (1) from which the battery module 200 was separated to a safe location away from the battery module 200 that fell due to fire using the electricity stored in the auxiliary battery An emergency movement step of moving the electric vehicle 1 may be further included.

비상분리 단계는 비상 상황을 인지한 전기자동차(1)에서 배터리모듈(200)을 결합하고 있는 사이공간의 진공압력을 제거하도록 공기밸브를 개방하여 결합력을 제거하여 전기자동차(1)에서 능동적으로 배터리모듈(200)을 분리하여 주행평면(2)으로 낙하하는 단계이다. 비상분리단계 이전에 전기자동차(1)의 주변에 배터리모듈(200)의 화재 발생과 비상분리를 비상등이나 경보기로 알릴 수 있는 경보발생 단계를 추가로 구성할 수 있다. The emergency separation step is to open an air valve to remove the vacuum pressure in the space between the battery modules 200 in the electric vehicle 1 recognizing the emergency situation, thereby removing the coupling force so that the battery module 200 is actively in the electric vehicle 1. This step is to separate the module 200 and drop it to the driving plane 2. Prior to the emergency separation step, an alarm generation step capable of notifying the occurrence of a fire and emergency separation of the battery module 200 around the electric vehicle 1 through an emergency light or an alarm may be additionally configured.

비상이동 단계는 전기자동차(1)에 설치한 보조배터리와 컨덴서를 이용하여 주행모터(20)에 전기를 공급하여 비상분리되어 자동차 이동평면(2)에서 불타는 배터리모듈(200)로부터 멀리 떨어져 안전한 곳으로 차량이 이동하는 단계이다. 주행모터(20)의 비상이동에 고압의 전기가 필요한 경우 전기 공급은 복수의 컨덴서에 보조배터리의 저압 전기를 저장한 다음, 저압 컨덴서를 직렬연결하여 비상이동에 필요한 고압 전기를 주행모터(20)로 출력하도록 구성하면 배터리모듈(200)이 분리된 상태에서도 전기자동차(1) 차량이 화재 지점에서 벗어나 안전한 장소로 대피할 수 있다.In the emergency movement step, electricity is supplied to the driving motor 20 using the auxiliary battery and condenser installed in the electric vehicle 1, and the emergency separation is performed in a safe place away from the burning battery module 200 on the moving plane 2 of the vehicle. This is the stage in which the vehicle moves to When high-voltage electricity is required for emergency movement of the driving motor 20, electricity supply stores the low-voltage electricity of the auxiliary battery in a plurality of capacitors, and then connects the low-voltage capacitors in series to supply the high-voltage electricity required for emergency movement to the driving motor 20. If configured to output as , the electric vehicle 1 can evacuate to a safe place away from a fire point even in a state in which the battery module 200 is separated.

이후 화재가 발생한 배터리모듈(200)의 화재를 진압하고 배터리모듈의 고열을 냉각하는 후처리 단계를 포함할 수 있으며, 자동차 주행평면(2)에 낙하하여 불타는 배터리모듈(200)에 물을 뿌려 화재를 진압하는 배터리소화 단계와 자동차 주행평면(2)에 놓인 배터리모듈(200) 외부에 제방을 설치하는 제방설치 단계와 제방의 내부에 물을 채워 배터리모듈(200)을 냉각시키는 배터리냉각 단계로 구성할 수 있다.Thereafter, a post-processing step of extinguishing the fire of the battery module 200 where the fire occurred and cooling the high heat of the battery module may be included, and water is sprayed on the burning battery module 200 that falls on the driving plane 2 of the vehicle and fires. Consisting of a battery extinguishing step of suppressing the embankment, an embankment installation step of installing an embankment outside the battery module 200 placed on the vehicle driving plane 2, and a battery cooling step of cooling the battery module 200 by filling the inside of the embankment with water can do.

한번 불이 붙은 배터리모듈(200)은 24시간 까지 계속 열을 방출할 수 있어서 계속 화재가 발생할 수 있기 때문에 배터리모듈(200)을 물에 담가서 냉각시키며 24시간 이상 완전하게 열을 방출하여 화재 재발을 방지하고 배터리 잔류물을 최대한 회수하면 배터리의 화재 원인도 보다 정확하게 파악할 수 있어서 추후 배터리 화재 방지를 위한 기술개발에 활용할 수 있다.Since the battery module 200, once ignited, can continue to emit heat for up to 24 hours, so that a fire can continue to occur, the battery module 200 is immersed in water to cool, and the heat is completely released for more than 24 hours to prevent recurrence of fire. If the fire is prevented and the battery residue is recovered as much as possible, the cause of the battery fire can be more accurately identified, which can be used for future battery fire prevention technology development.

상술한 바와 같이 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described with reference to the drawings as described above, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and the subject matter without departing from the subject matter of the present invention claimed in the claims. Of course, various modifications and implementations are possible by those skilled in the art to which the invention belongs, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or perspective of the present invention.

1: 전기자동차
2: 주행평면
10: 주행바퀴
20: 주행모터
100: 배터리결합부
110: 제1 밀착부재
120: 제1 결합부재
130: 차량 전기배선
140: 차량 냉각수배관
150: 공기밸브
151: 공기통로
160: 진공펌프
170: 진공탱크
171: 진공밸브
180: 사이공간
200: 배터리모듈
210: 제2 밀착부재
211: 밀폐부재
220: 제2 결합부재
230: 배터리 전기배선
240: 배터리 냉각수배관
250: 삽입바퀴
300: 수평 이동 유닛
400: 삽입유닛
410: 미끄럼바퀴
1: Electric vehicle
2: driving plane
10: driving wheel
20: driving motor
100: battery coupling part
110: first adhesion member
120: first coupling member
130: vehicle electrical wiring
140: vehicle cooling water pipe
150: air valve
151: air passage
160: vacuum pump
170: vacuum tank
171: vacuum valve
180: Interspace
200: battery module
210: second adhesion member
211: sealing member
220: second coupling member
230: battery electrical wiring
240: battery coolant pipe
250: insertion wheel
300: horizontal movement unit
400: insertion unit
410: sliding wheel

Claims (13)

배터리모듈을 교환하여 충전하는 전기자동차에서,
상기 전기자동차에서 분리되고 결합되는 배터리모듈;
상기 전기자동차의 차량 바닥면에서 하부쪽으로 상기 배터리모듈을 수용하는 배터리결합부;
상기 배터리모듈과 상기 배터리결합부 사이를 밀폐하는 밀폐유닛;
상기 배터리모듈과 상기 배터리결합부와 상기 밀폐유닛으로 형성하는 사이공간;
상기 사이공간에 설치되는 공기통로를 개폐하는 공기밸브;
상기 공기밸브를 밀폐한 다음 상기 사이공간의 공기를 흡입하여 상기 사이공간의 공기 압력을 대기압 이하인 진공압력으로 만드는 진공펌프; 를 포함하여
상기 사이공간의 공기 압력을 변화시켜 배터리를 결합하고 분리하는 전기자동차의 배터리 결합 분리 시스템.
In electric vehicles that charge by exchanging battery modules,
a battery module separated from and coupled to the electric vehicle;
a battery coupling unit accommodating the battery module from the bottom of the vehicle to the lower side of the electric vehicle;
A sealing unit for sealing between the battery module and the battery coupling part;
a space formed between the battery module, the battery coupling part, and the sealing unit;
an air valve opening and closing an air passage installed in the interspace;
a vacuum pump that closes the air valve and sucks air in the interspace to make the air pressure in the interspace a vacuum pressure equal to or less than atmospheric pressure; including
A battery coupling and separation system for an electric vehicle that couples and separates batteries by changing the air pressure in the interspace.
제1항에 있어서,
상기 사이공간의 면적에 상기 진공압력이 작용하여 만드는 결합력을 상기 배터리모듈 무게의 3배 이상이 되도록 구성하여 상기 배터리모듈과 상기 배터리결합부의 결합을 유지하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 배터리 결합 분리 시스템.
According to claim 1,
Battery coupling and separation system of an electric vehicle, characterized in that the coupling force created by the vacuum pressure acting on the area of the space between is configured to be more than three times the weight of the battery module to maintain the coupling of the battery module and the battery coupling part .
제1항에 있어서,
상기 사이공간의 공기 압력을 순간적으로 낮출 수 있도록 상기 사이공간과 상기 진공펌프 사이에 설치되는 진공탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 배터리 결합 분리 시스템.
According to claim 1,
A battery coupling/separation system for an electric vehicle comprising a vacuum tank installed between the interspace and the vacuum pump to instantaneously lower the air pressure in the interspace.
제1항에 있어서,
상기 배터리모듈은 상부 모서리에 구비되는 삽입바퀴를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 배터리 결합 분리 시스템.
According to claim 1,
The battery module is an electric vehicle battery coupling and separation system, characterized in that it further comprises an insertion wheel provided at the upper edge.
제1항에 있어서,
상기 밀폐유닛은,
상기 배터리모듈의 상부면의 일부를 구성하며 폐곡선으로 이루어지는 제1 밀착부재;
상기 배터리결합부의 일부를 구성하며 상기 제1 밀착부재와 일정 간극 이하로 서로 밀착하는 제2 밀착부재;
상기 제1 밀착부재와 상기 제2 밀착부재 사이에서 상기 간극을 완전히 밀폐하는 밀폐부재;를 포함하여
상기 사이공간의 공기를 밀폐할 수 있도록 구성하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 배터리 결합 분리 시스템.
According to claim 1,
The sealing unit,
A first contact member constituting a part of the upper surface of the battery module and made of a closed curve;
A second contact member constituting a part of the battery coupling part and in close contact with each other at a predetermined gap or less with the first contact member;
A sealing member for completely sealing the gap between the first and second close contact members; including
Battery coupling and separation system of an electric vehicle, characterized in that configured to seal the air in the interspace.
제1항에 있어서,
상기 배터리모듈과 상기 배터리결합부 사이의 수평 이동을 방지하는 결합유닛; 을 추가로 포함하며
상기 결합유닛은,
상기 배터리모듈의 상부면 위쪽에 부착되고 요철부로 이루어지는 제1 결합부재;
수직방향 유연성이 큰 상기 배터리결합부의 상부면 아래쪽에 부착되고 상기 제1 결합부재와 반대의 요철부로 이루어지는 제2 결합부재; 로 이루어져
상기 사이공간의 공기 압력을 대기압 이하로 낮추면 상기 제2 결합부재가 상기 제1 결합부재 쪽으로 이동하여서 밀착하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 배터리 결합 분리 시스템.
According to claim 1,
a coupling unit preventing horizontal movement between the battery module and the battery coupling unit; additionally includes
The coupling unit is
a first coupling member attached to an upper surface of the battery module and made of a concave-convex portion;
A second coupling member attached to the lower portion of the upper surface of the battery coupling portion having high vertical flexibility and comprising a concave-convex portion opposite to the first coupling member; made up of
The battery coupling and separation system of an electric vehicle, characterized in that when the air pressure in the interspace is lowered to atmospheric pressure or less, the second coupling member moves toward and adheres to the first coupling member.
제1항에 있어서,
상기 배터리모듈에서 화재 발생의 비상상황이 발생하는 경우,
상기 전기자동차에서 상기 공기밸브를 개방하여 상기 사이공간에 공기를 공급하여 공기압을 대기압으로 높이면 상기 배터리모듈이 중력에 의하여 상기 배터리결합부에서 인출되고 상기 전기자동차의 하부 평면으로 낙하하여 분리되는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 배터리 결합 분리 시스템.
According to claim 1,
When an emergency situation of fire occurs in the battery module,
When the air valve is opened in the electric vehicle to supply air to the interspace to increase the air pressure to atmospheric pressure, the battery module is pulled out of the battery coupling part by gravity and falls to the lower plane of the electric vehicle to be separated. A battery coupling and separation system for an electric vehicle.
제7항에 있어서,
상기 배터리모듈이 분리된 상기 전기자동차를 이동시키기 위한 전기는 보조배터리의 저압전기를 컨덴서에 저장하여 주행모터에 고압전기로 공급하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 배터리 결합 분리 시스템.
According to claim 7,
Electricity for moving the electric vehicle from which the battery module is separated is stored in a condenser to supply low-voltage electricity from an auxiliary battery to a driving motor as high-voltage electricity.
제1항 내지 제8항의 어느 한 항에 있어서,
상기 전기자동차는 운전자가 운전하지 않고 차량 스스로 주행하는 자율주행 차량인 것을 특징으로 하는 전기자동차의 배터리 결합 분리 시스템.
According to any one of claims 1 to 8,
The battery coupling and separation system of an electric vehicle, characterized in that the electric vehicle is an autonomous vehicle that drives by itself without a driver driving.
전기자동차의 하부에 형성되는 배터리결합부와 상기 배터리결합부에 탈착 가능하게 결합되는 배터리모듈과 상기 배터리결합부와 상기 배터리모듈이 만드는 사이공간의 공기압을 변화시켜 배터리모듈을 분리하고 결합하는 전기자동차의 배터리 결합 분리 시스템의 전기자동차의 배터리 결합 분리 방법에 있어서,
상기 전기자동차가 배터리교환소로 진입하는 전기자동차 진입단계;
상기 사이공간에 공기를 공급하여 공기압을 대기압으로 만들어 방전된 상기 배터리모듈을 상기 배터리결합부로부터 분리시키고 분리된 방전된 상기 배터리모듈을 외부의 삽입유닛을 이용하여 하부의 교환공간으로 내려놓은 배터리모듈 분리단계;
상기 교환공간에서 방전돤 상기 배터리모듈을 미리 충전된 상기 배터리모듈로 교환하는 배터리모듈 교환단계;
상기 교환공간에서 교환된 충전된 상기 배터리모듈을 상기 삽입유닛을 이용하여 상기 배터리결합부에 삽입하고 진공펌프로 상기 사이공간의 공기 압력을 대기압 이하로 만들어 충전된 상기 배터리모듈을 상기 배터리결합부에 결합시키는 배터리모듈 결합 단계;
상기 전기자동차가 배터리교환소에서 진출하는 전기자동차 진출단계; 를 포함하는 전기자동차의 배터리 결합 분리 방법.
An electric vehicle that separates and combines the battery module by changing the air pressure in the space between the battery coupling part formed in the lower part of the electric vehicle, the battery module detachably coupled to the battery coupling part, and the battery coupling part and the battery module. In the battery coupling separation method of the electric vehicle of the battery coupling separation system,
an electric vehicle entry step in which the electric vehicle enters a battery exchange center;
By supplying air to the interspace, the air pressure is made atmospheric, the discharged battery module is separated from the battery coupling part, and the separated and discharged battery module is lowered into the lower exchange space using an external insertion unit. separation step;
a battery module exchanging step of exchanging the discharged battery module with the pre-charged battery module in the exchanging space;
The charged battery module exchanged in the exchange space is inserted into the battery coupling part by using the insertion unit, and the air pressure in the interspace is lowered to atmospheric pressure by a vacuum pump, so that the charged battery module is inserted into the battery coupling part. Battery module coupling step of coupling;
an electric vehicle advancing step in which the electric vehicle moves out of the battery exchange center; A battery coupling separation method of an electric vehicle comprising a.
제10항에 있어서,
상기 배터리모듈 분리 단계는,
상기 배터리모듈을 수직이동시킬 수 있는 상기 삽입유닛이 혼자서 배터리결합부 방향으로 수직 상승하여 방전된 상기 배터리모듈과 접촉하는 삽입유닛 제1 상승단계;
공기밸브를 개방하여 상기 사이공간에 공기를 공급하여 진공압력을 제거하여 상기 배터리결합부와 방전된 상기 배터리모듈의 결합을 해제하는 배터리모듈 결합 해제 단계; 및
상기 삽입유닛이 방전된 상기 배터리모듈과 함께 하강하며 방전된 상기 배터리모듈을 상기 교환공간의 수평 이동 유닛에 내려놓은 삽입유닛 제1 하강단계; 를 포함하는 전기자동차의 배터리 결합 분리 방법.
According to claim 10,
The battery module separation step,
A first lifting step of the insertion unit in which the insertion unit capable of vertically moving the battery module vertically rises toward the battery coupling part by itself and contacts the discharged battery module;
A battery module coupling release step of releasing the coupling between the battery coupling portion and the discharged battery module by opening an air valve to supply air to the interspace to remove vacuum pressure; and
a first lowering step of the insertion unit in which the insertion unit descends together with the discharged battery module and lowers the discharged battery module onto the horizontal moving unit of the exchange space; A battery coupling separation method of an electric vehicle comprising a.
제 10항에 있어서,
상기 배터리모듈 결합단계는,
상기 배터리모듈을 수직이동시킬 수 있는 상기 삽입유닛이 상기 교환공간의 수평이동유닛에 위치한 충전된 상기 배터리모듈을 상기 배터리결합부 방향으로 수직 상승시키는 삽입유닛 제2 상승단계;
충전된 상기 배터리모듈이 상기 배터리결합부에 삽입되면서 충전된 상기 배터리모듈에 설치된 삽입 바퀴에 의하여 충전된 상기 배터리모듈과 상기 배터리결합부 간의 위치 오차가 제거되는 위치오차 제거단계;
상기 사이공간의 공기 밸브를 폐쇄하여 공기이동을 중단시켜 충전된 상기 배터리모듈을 상기 배터리결합부에 고정하는 배터리모듈 고정단계;
상기 진공펌프로 상기 사이공간의 공기 압력을 대기압 이하로 만들어 충전된 상기 배터리모듈을 상기 배터리결합부에 체결하는 배터리모듈 체결단계;
상기 삽입유닛이 혼자서 하강하는 삽입유닛 제2하강단계; 를 포함하는 전기자동차의 배터리 결합 분리 방법.
According to claim 10,
The battery module coupling step,
a second insertion unit raising step in which the insertion unit capable of vertically moving the battery module vertically raises the charged battery module located in the horizontal movement unit of the exchange space toward the battery coupling part;
A position error elimination step of removing a position error between the charged battery module and the battery coupling portion by an insertion wheel installed on the charged battery module while the charged battery module is inserted into the battery coupling portion;
a battery module fixing step of fixing the charged battery module to the battery coupling part by closing an air valve in the interspace to stop air movement;
A battery module fastening step of fastening the charged battery module to the battery coupling part by making the air pressure in the interspace below atmospheric pressure with the vacuum pump;
a second lowering step of the insertion unit in which the insertion unit descends alone; A battery coupling separation method of an electric vehicle comprising a.
제 10항에 있어서,
상기 배터리모듈에 화재가 발생하는 경우 상기 전기자동차에서 상기 사이공간에 공기를 공급하여 상기 배터리모듈을 분리시켜 중력으로 상기 배터리결합부에서 인출되고 상기 전기자동차의 하부 평면으로 낙하시키는 비상분리단계;
상기 배터리모듈이 분리된 상기 전기자동차를 보조배터리에 저장된 전기를 이용하여 화재로 낙하한 상기 배터리모듈에서 떨어진 안전한 위치로 상기 전기자동차를 이동시키는 비상이동단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기자동차의 배터리 결합 분리 방법.
According to claim 10,
When a fire occurs in the battery module, an emergency separation step of separating the battery module by supplying air to the space between the electric vehicle, pulling it out from the battery coupling part by gravity, and dropping it to a lower plane of the electric vehicle;
an emergency moving step of moving the electric vehicle from which the battery module is separated to a safe location away from the battery module that has fallen due to fire using electricity stored in an auxiliary battery; Battery coupling separation method of an electric vehicle, characterized in that it further comprises.
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