KR20240003396A

KR20240003396A - 전기차의 전원 공급 장치

Info

Publication number: KR20240003396A
Application number: KR1020220080675A
Authority: KR
Inventors: 이종욱; 박현진
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사
Priority date: 2022-06-30
Filing date: 2022-06-30
Publication date: 2024-01-09
Also published as: US20240001797A1

Abstract

본 발명은 차량의 구동력을 발생시키는 모터에 전력을 공급할 수 있도록 차량에 탑재된 메인배터리; 상기 메인배터리에 제공할 전력이 충전된 보조배터리; 상기 보조배터리를 탑재할 수 있도록 차체에 구비된 배터리랙; 상기 배터리랙에 장착된 보조배터리의 전력을 변환하여 상기 메인배터리를 충전시키도록 구비된 전력변환장치를 포함하여 구성된다.

Description

전기차의 전원 공급 장치{POWER SUPPLY FOR ELECTRIC VEHICLES}

본 발명은 전기차의 전원 공급 장치에 관한 기술이다.

전기차는 전기에 의해 구동되는 모터의 동력을 이용하여 차량의 주행이 이루어지도록 구성되며, 상기 모터에 제공되는 전기를 공급하기 위한 전원 공급 장치가 필수적으로 차량에 탑재된다.

종래 전기차의 전원 공급 장치는 단순히 차량에 탑재된 고전압배터리(이하 단순히 '배터리')로 구성되는 경우가 많았다.

상기한 바와 같은 배터리의 용량은 한계가 있고, 배터리의 충전에는 비교적 장시간이 소요되어 전기차 사용에 불편을 초래한다.

따라서 전기차는 가급적 1회 충전 주행 가능거리(항속거리)를 길게 확보하고, 충전에 따른 정차 시간을 최소화하는 것이 바람직하다.

상기 발명의 배경이 되는 기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR

1020200021595

A

본 발명은 전기차의 항속거리를 비교적 용이하게 증대시킬 수 있도록 하고, 메인배터리의 충전에 비교적 긴 시간이 필요한 경우에도, 차량의 신속한 주행이 가능하도록 함으로써, 전기차의 사용 편의성을 크게 향상시킬 수 있도록 한 전기차의 전원 공급 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 전기차의 전원 공급 장치는,

차량의 구동력을 발생시키는 모터에 전력을 공급할 수 있도록 차량에 탑재된 메인배터리;

상기 메인배터리에 제공할 전력이 충전된 보조배터리;

상기 보조배터리를 탑재할 수 있도록 차체에 구비된 배터리랙;

상기 배터리랙에 장착된 보조배터리의 전력을 변환하여 상기 메인배터리를 충전시키도록 구비된 전력변환장치;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 배터리랙은 다수의 보조배터리를 삽입하여 탑재할 수 있도록 다수의 보조배터리가 삽입되는 다수의 배터리삽입홈을 구비할 수 있다.

상기 보조배터리는

직육면체 형상으로 형성되고;

일측면에 사용자를 위한 손잡이가 구비되며;

상기 손잡이가 구비된 면에 수직한 측면에는, 상기 배터리랙에 삽입되는 경로를 가이드하는 가이드홈이 상기 측면의 중심선으로부터 일측으로 오프셋되어 형성될 수 있다.

상기 배터리랙의 배터리삽입홈 내에는 상기 보조배터리의 가이드홈에 삽입되는 가이드레일이 형성될 수 있다.

상기 보조배터리가 삽입될 배터리삽입홈은 상기 배터리랙의 일측면에 다수개가 배치될 수 있다.

상기 배터리삽입홈은 상기 배터리랙의 일측면에 다수개가 격자 형상으로 배치될 수 있다.

상기 배터리랙의 배터리삽입홈은 상기 보조배터리가 삽입된 후 배터리커버에 의해 입구가 밀폐되고;

상기 배터리커버와 배터리랙 사이에는 록킹장치가 설치되어, 상기 배터리커버가 배터리랙에 장착된 상태를 일정하게 유지하도록 구성될 수 있다.

상기 배터리커버에는 상기 보조배터리가 상기 배터리삽입홈에 삽입되는 방향으로 탄성력을 제공하는 가압스프링이 구비될 수 있다.

상기 손잡이는 사용자가 당기지 않는 동안에는 상기 보조배터리에 밀착된 상태를 형성하는 손잡이로 이루어질 수 있다.

상기 전력변환장치는 상기 배터리랙의 각 배터리삽입홈에 연결되도록 다수개가 병렬적으로 구비될 수 있다.

또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 전기차의 전원 공급 장치는,

차체에 구비된 메인배터리;

상기 메인배터리와 연결되는 다수의 전력변환장치;

상기 다수의 전력변환장치가 연결되며 다수의 보조배터리를 탑재할 수 있도록 형성된 배터리랙;

을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 배터리랙에는 상기 보조배터리를 삽입할 수 있는 다수의 배터리삽입홈이 형성될 수 있다.

상기 전력변환장치는 상기 배터리랙의 각 배터리삽입홈을 통해, 상기 배터리삽입홈에 삽입되는 보조배터리에 각각 연결되도록 설치될 수 있다.

상기 보조배터리와 상기 배터리랙의 배터리삽입홈 사이에는, 상기 보조배터리를 상기 배터리삽입홈에 삽입하는 것을 가이드하는 가이드 구조가 형성될 수 있다.

상기 가이드 구조는

상기 보조배터리의 삽입방향을 따라 길게 형성된 가이드레일과 상기 가이드레일이 삽입되는 가이드홈으로 이루어질 수 있다.

상기 배터리랙의 배터리삽입홈에는 상기 보조배터리를 삽입하는 입구를 폐쇄시킬 수 있는 배터리커버가 록킹장치에 의해 설치될 수 있다.

상기 배터리커버의 내측에는 상기 보조배터리를 가압하는 가압스프링이 구비될 수 있다.

본 발명은 전기차의 항속거리를 비교적 용이하게 증대시킬 수 있도록 하고, 메인배터리의 충전에 비교적 긴 시간이 필요한 경우에도, 차량의 신속한 주행이 가능하도록 함으로써, 전기차의 사용 편의성을 크게 향상시킬 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 전기차의 전원 공급 장치를 설명한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 보조배터리를 예시한 도면,
도 3은 배터리랙에 보조배터리가 삽입되는 상태를 설명한 도면,
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ선 단면도,
도 5는 보조배터리가 배터리랙에 완전히 탑재된 상태를 설명한 도면,
도 6과 도 7은 본 발명에 사용될 수 있는 록킹장치를 각각 예시한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 모터 제어기(MCU: Motor Control Unit), 하이브리드 제어기(HCU: Hybrid Control Unit) 등의 명칭에 포함된 유닛(Unit) 또는 제어 유닛(Control Unit)은 차량 특정 기능을 제어하는 제어 장치(Controller)의 명명에 널리 사용되는 용어일 뿐, 보편적 기능 유닛(Generic function unit)을 의미하는 것은 아니다.

제어기(Controller)는 담당하는 기능의 제어를 위해 다른 제어기나 센서와 통신하는 통신 장치, 운영체제나 로직 명령어와 입출력 정보 등을 저장하는 메모리 및 담당 기능 제어에 필요한 판단, 연산, 결정 등을 수행하는 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명 전기차의 전원 공급 장치의 실시예는, 차량의 구동력을 발생시키는 모터에 전력을 공급할 수 있도록 차량에 탑재된 메인배터리(1); 상기 메인배터리(1)에 제공할 전력이 충전된 보조배터리(3); 상기 보조배터리(3)를 탑재할 수 있도록 차체(5)에 구비된 배터리랙(7); 상기 배터리랙(7)에 장착된 보조배터리(3)의 전력을 변환하여 상기 메인배터리(1)를 충전시키도록 구비된 전력변환장치(9)를 포함하여 구성된다.

즉, 본 발명은 기본적으로는 메인배터리(1)의 전력으로 차량의 주행이 이루어지도록 하지만, 메인배터리(1)의 전력이 부족한 상황이 되면, 보조배터리(3)의 전력을 메인배터리(1)로 전달하여 차량의 항속거리를 증가시키거나, 메인배터리(1)의 충전을 위해 차량을 정차하지 않고, 계속적인 차량의 주행이 가능하도록 함으로써, 궁극적으로 전기차의 가용성(availability)을 극대화시킬 수 있도록 하는 것이다.

상기 배터리랙(7)은 다수의 보조배터리(3)를 삽입하여 탑재할 수 있도록 다수의 보조배터리(3)가 삽입되는 다수의 배터리삽입홈(11)을 구비할 수 있다.

즉, 상기 배터리랙(7)은 보조배터리(3)를 차체(5)에 안정된 상태로 탑재하고 분리할 수 있도록 기능하는데, 보조배터리(3)를 하나만 탑재하도록 할 수도 있지만, 다수의 보조배터리(3)를 동시에 탑재할 수도 있도록 구성함으로써, 다양한 개수의 조합으로 보조배터리(3)를 사용할 수 있도록 하여, 보조배터리 운용의 자유도를 높이고, 차량의 항속거리 증가에도 더욱 도움이 될 수 있도록 한 것이다.

본 실시예에서, 상기 배터리삽입홈(11)은 상기 배터리랙(7)의 일측면에 다수개가 격자 형상을 이루며 배치되어 있다.

본 실시예에서, 상기 보조배터리(3)는 도 2에 예시된 바와 같이 직육면체 형상으로 형성되고; 일측면에 사용자를 위한 손잡이(13)가 구비되어, 사용자가 상기 보조배터리(3)를 상기 배터리랙(7)으로부터 인출하여 차량 외부에서 보조배터리(3)를 충전하고, 충전이 완료된 보조배터리(3)를 상기 배터리랙(7)에 탑재할 때, 사용자가 용이하게 보조배터리(3)를 취급할 수 있도록 한다.

상기 손잡이(13)는 도 2에 예시된 바와 같이, 사용자가 당기지 않는 동안에는 상기 보조배터리(3)에 밀착된 상태를 형성하는 풀다운 손잡이로 이루어지도록 하여, 보조배터리(3)가 배터리랙(7) 내에 삽입된 상태에서 상기 손잡이(13)로 인한 불필요한 공간을 차지하지 않도록 함으로써, 궁극적으로 보조배터리(3) 및 배터리랙(7)의 에너지 밀도를 증대시킬 수 있도록 한다.

또한, 상기 보조배터리(3)의 상기 손잡이(13)가 구비된 면에 수직한 측면에는, 도 3 및 도 4에 예시된 바와 같이, 상기 배터리랙(7)에 삽입되는 경로를 가이드하는 가이드홈(15)이 상기 측면의 중심선(CL)으로부터 일측으로 오프셋되어 형성되고, 상기 배터리랙(7)의 배터리삽입홈(11) 내에는 상기 보조배터리(3)의 가이드홈(15)에 삽입되는 가이드레일(17)이 형성된다.

따라서, 상기 보조배터리(3)는 상하측이 뒤집힌 상태에서는 상기 배터리삽입홈(11)에 삽입되지 않고, 상하측이 올바른 방향인 상태에서만 상기 배터리삽입홈(11)에 삽입되어, 보조배터리(3)를 배터리랙(7)에 삽입할 때, 오조립이 발생될 염려를 배제할 수 있게 된다.

물론, 상기 가이드홈(15)과 가이드레일(17)은 상기와는 반대로 상기 배터리랙(7)에 가이드홈이 형성되고, 보조배터리(3)에 가이드레일이 형성되도록 할 수도 있을 것이다.

상기 배터리랙(7)의 배터리삽입홈(11)은 상기 보조배터리(3)가 삽입된 후, 도 5에 예시된 바와 같이, 배터리커버(19)에 의해 입구가 밀폐되고; 상기 배터리커버(19)와 배터리랙(7) 사이에는 록킹장치(21)가 설치되어, 상기 배터리커버(19)가 배터리랙(7)에 장착된 상태를 일정하게 유지하도록 구성된다.

또한, 상기 배터리커버(19)에는 상기 보조배터리(3)가 상기 배터리삽입홈(11)에 삽입되는 방향으로 탄성력을 제공하는 가압스프링(23)이 구비된다.

따라서, 상기 배터리삽입홈(11)에 삽입된 보조배터리(3)의 삽입상태를 상기 가압스프링(23)의 탄성력으로 보다 안정적으로 확보하고 유지할 수 있도록 한다.

한편, 상기 록킹장치(21)로는 도 6이나 도 7에 예시된 바와 같은 장치들이 사용될 수 있을 것이며, 이외에도 상기 배터리커버(19)를 상기 배터리랙(7)으로부터 분리하였다가 결합하여 고정시킬 수 있는 형태의 다른 록킹장치(21)들도 사용될 수 있을 것이다.

참고로, 도 4와 5에서는 상기 록킹장치(21)의 형상을 상징적으로 표현하고 있는 것이다.

상기 전력변환장치(9)는 상기 배터리랙(7)의 각 배터리삽입홈(11)에 연결되도록 다수개가 병렬적으로 구비된다.

따라서, 상기 배터리랙(7)의 어떤 배터리삽입홈(11)에 보조배터리(3)가 탑재되면, 상기 보조배터리(3)가 탑재된 배터리삽입홈(11)에 연결된 전력변환장치(9)가 작동하여, 상기 메인배터리(1)를 충전시킬 수 있도록 하는 것이며, 이와 같은 작동은 복수개의 보조배터리(3)가 배터리랙(7)에 탑재되는 경우, 복수개의 전력변환장치(9)에서 동시에 개별적으로 이루어질 수 있다.

상기한 바와 같은 본 발명은 다음과 같이 표현될 수도 있을 것이다.

즉, 본 발명 전기차의 전원 공급 장치의 실시예는, 차체(5)에 구비된 메인배터리(1); 상기 메인배터리(1)와 연결되는 다수의 전력변환장치(9); 상기 다수의 전력변환장치(9)가 연결되며 다수의 보조배터리(3)를 탑재할 수 있도록 형성된 배터리랙(7)을 포함하여 구성된다.

상기 배터리랙(7)에는 상기 보조배터리(3)를 삽입할 수 있는 다수의 배터리삽입홈(11)이 형성될 수 있다.

상기 전력변환장치(9)는 상기 배터리랙(7)의 각 배터리삽입홈(11)을 통해, 상기 배터리삽입홈(11)에 삽입되는 보조배터리(3)에 각각 연결되도록 설치될 수 있다.

상기 보조배터리(3)와 상기 배터리랙(7)의 배터리삽입홈(11) 사이에는, 상기 보조배터리(3)를 상기 배터리삽입홈(11)에 삽입하는 것을 가이드하는 가이드 구조가 형성될 수 있다.

상기 가이드 구조는, 상기 보조배터리(3)의 삽입방향을 따라 길게 형성된 가이드레일(17)과 상기 가이드레일(17)이 삽입되는 가이드홈(15)으로 이루어질 수 있다.

상기 배터리랙(7)의 배터리삽입홈(11)에는 상기 보조배터리(3)를 삽입하는 입구를 폐쇄시킬 수 있는 배터리커버(19)가 록킹장치(21)에 의해 설치될 수 있다.

상기 배터리커버(19)의 내측에는 상기 보조배터리(3)를 가압하는 가압스프링(23)이 구비될 수 있다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

1; 메인배터리
3; 보조배터리
5; 차체
7; 배터리랙
9; 전력변환장치
11; 배터리삽입홈
13; 손잡이
15; 가이드홈
17; 가이드레일
19; 배터리커버
21; 록킹장치
23; 가압스프링
CL; 중심선

Claims

차량의 구동력을 발생시키는 모터에 전력을 공급할 수 있도록 차량에 탑재된 메인배터리;
상기 메인배터리에 제공할 전력이 충전된 보조배터리;
상기 보조배터리를 탑재할 수 있도록 차체에 구비된 배터리랙;
상기 배터리랙에 장착된 보조배터리의 전력을 변환하여 상기 메인배터리를 충전시키도록 구비된 전력변환장치;
를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전기차의 전원 공급 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 배터리랙은 다수의 보조배터리를 삽입하여 탑재할 수 있도록 다수의 보조배터리가 삽입되는 다수의 배터리삽입홈을 구비한 것
을 특징으로 하는 전기차의 전원 공급 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 보조배터리는
직육면체 형상으로 형성되고;
일측면에 사용자를 위한 손잡이가 구비되며;
상기 손잡이가 구비된 면에 수직한 측면에는, 상기 배터리랙에 삽입되는 경로를 가이드하는 가이드홈이 상기 측면의 중심선으로부터 일측으로 오프셋되어 형성된 것
을 특징으로 하는 전기차의 전원 공급 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 배터리랙의 배터리삽입홈 내에는 상기 보조배터리의 가이드홈에 삽입되는 가이드레일이 형성된 것
을 특징으로 하는 전기차의 전원 공급 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 보조배터리가 삽입될 배터리삽입홈은 상기 배터리랙의 일측면에 다수개가 배치된 것
을 특징으로 하는 전기차의 전원 공급 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 배터리삽입홈은 상기 배터리랙의 일측면에 다수개가 격자 형상으로 배치된 것
을 특징으로 하는 전기차의 전원 공급 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 배터리랙의 배터리삽입홈은 상기 보조배터리가 삽입된 후 배터리커버에 의해 입구가 밀폐되고;
상기 배터리커버와 배터리랙 사이에는 록킹장치가 설치되어, 상기 배터리커버가 배터리랙에 장착된 상태를 일정하게 유지하도록 구성된 것
을 특징으로 하는 전기차의 전원 공급 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 배터리커버에는 상기 보조배터리가 상기 배터리삽입홈에 삽입되는 방향으로 탄성력을 제공하는 가압스프링이 구비된 것
을 특징으로 하는 전기차의 전원 공급 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 손잡이는 사용자가 당기지 않는 동안에는 상기 보조배터리에 밀착된 상태를 형성하는 손잡이로 이루어진 것
을 특징으로 하는 전기차의 전원 공급 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 전력변환장치는 상기 배터리랙의 각 배터리삽입홈에 연결되도록 다수개가 병렬적으로 구비되는 것
을 특징으로 하는 전기차의 전원 공급 장치.
차체에 구비된 메인배터리;
상기 메인배터리와 연결되는 다수의 전력변환장치;
상기 다수의 전력변환장치가 연결되며 다수의 보조배터리를 탑재할 수 있도록 형성된 배터리랙;
을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전기차의 전원 공급 장치.
청구항 11에 있어서,
상기 배터리랙에는 상기 보조배터리를 삽입할 수 있는 다수의 배터리삽입홈이 형성된 것
을 특징으로 하는 전기차의 전원 공급 장치.
청구항 12에 있어서,
상기 전력변환장치는 상기 배터리랙의 각 배터리삽입홈을 통해, 상기 배터리삽입홈에 삽입되는 보조배터리에 각각 연결되도록 설치된 것
을 특징으로 하는 전기차의 전원 공급 장치.
청구항 13에 있어서,
상기 보조배터리와 상기 배터리랙의 배터리삽입홈 사이에는, 상기 보조배터리를 상기 배터리삽입홈에 삽입하는 것을 가이드하는 가이드 구조가 형성된 것
을 특징으로 하는 전기차의 전원 공급 장치.
청구항 14에 있어서,
상기 가이드 구조는
상기 보조배터리의 삽입방향을 따라 길게 형성된 가이드레일과 상기 가이드레일이 삽입되는 가이드홈으로 이루어진 것
을 특징으로 하는 전기차의 전원 공급 장치.
청구항 11에 있어서,
상기 배터리랙의 배터리삽입홈에는 상기 보조배터리를 삽입하는 입구를 폐쇄시킬 수 있는 배터리커버가 록킹장치에 의해 설치되는 것
을 특징으로 하는 전기차의 전원 공급 장치.
청구항 16에 있어서,
상기 배터리커버의 내측에는 상기 보조배터리를 가압하는 가압스프링이 구비된 것
을 특징으로 하는 전기차의 전원 공급 장치.