KR20240048043A - 전기자동차의 배터리박스 - Google Patents

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KR20240048043A
KR20240048043A KR1020220126375A KR20220126375A KR20240048043A KR 20240048043 A KR20240048043 A KR 20240048043A KR 1020220126375 A KR1020220126375 A KR 1020220126375A KR 20220126375 A KR20220126375 A KR 20220126375A KR 20240048043 A KR20240048043 A KR 20240048043A
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battery
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이흥식
양우영
정미현
강원석
주한서
이재원
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중부대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리박스는 선형의 섀시에 판상의 바디가 결합되어 외형을 형성하는 전기자동차에 탑재되는 배터리박스로서, 골격을 형성하는 메인프레임, 메인프레임의 내측에 형성되는 두 개의 격실 중 아래쪽에 배치되는 메인캐비닛, 메인프레임의 내측에 형성되는 두 개의 격실 중 메인캐비닛 상부에 형성되며 메인캐비닛보다 부피가 작은 서브캐비닛을 포함하고, 메인캐비닛 및 서브캐비닛은 메인프레임에 결합되는 바닥판, 측판, 전방판, 후방판 및 상판을 통해 둘러싸여 형성되며, 메인캐비닛은 다수 개의 축전지가 수용되어 직렬로 연결되며, 메인캐비닛에 수용된 축전지들은 각각 교체가 가능하다.

Description

전기자동차의 배터리박스{BATTERY BOX FOR ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 전기자동차의 배터리박스에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기자동차에 장착되는 배터리를 쉽게 교체할 수 있고, 견고하게 배터리를 보호할 수 있도록 한 배터리박스에 관한 것이다.
내연기관은 화석연료를 연소해 동력을 얻는다. 오랜 기간 자동차를 비롯한 다양한 운송수단에서 내연기관이 주된 동력장치로 사용되었다. 하지만, 내연기관은 유한한 자원인 화석연료를 고갈시킨다는 문제점을 지니며, 화석연료를 통해 발생하는 환경오염으로부터도 자유롭지 못한 단점이 있었다.
친환경 연료를 이용해 동력을 얻는 전기자동차나 수소자동차에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있으나, 전기나 수소의 충전과 관련한 기술, 안전문제, 주행거리 등 해결해야 과제들이 수 없이 많다.
특히, 전기자동차는 배기가스가 전혀 없고, 소음이 작다는 장점이 있어 내연기관을 대체할 유력한 수단으로 지목되지만 배터리의 용량, 안전성 및 충전속도와 같은 전기자동차 핵심기술에 대한 연구 및 투자가 필요하다.
대한민국등록특허 제10-1661972호(이하, '관련기술1'이라 함.)는 '전기자동차용 배터리 팩'을 개시한다.
관련기술1은 배터리 셀 모듈, 배터리 셀 모듈을 지지하는 셀 모듈 지지부가 구비된 배터리 수용부, 쿨링 플레이트 및 간극 방지 패드를 포함함으로써 배터리 셀 모듈을 진동 및 충격으로부터 보호하고, 냉각성능을 향상시킨다.
하지만, 배터리 셀 모듈 중 일부가 방전되어도 배터리 팩 전체를 교체해야 하였고, 배터리 팩을 교체하는데 비용과 시간의 소비가 크다는 단점이 있었다.
따라서, 이러한 문제점들을 해결하기 위한 기술의 제안이 필요하였다.
본 발명의 일 과제는, 전기자동차의 배터리 팩 분리 및 설치가 번거로웠던 종래기술의 문제점을 해결하는 것이다.
본 발명의 다른 과제는, 충돌이나 진동에 취약해 배터리의 수명이 짧을 뿐만 아니라, 안전사고의 위험도 있었던 종래기술의 문제점을 해결하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는, 배터리 팩에서 발생하는 열을 효율적으로 방출할 수 없었던 종래기술의 문제점을 해결하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 내용들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제나 목적들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리박스는 선형의 섀시에 판상의 바디가 결합되어 외형을 형성하는 전기자동차에 탑재되는 배터리박스로서, 골격을 형성하는 메인프레임, 메인프레임의 내측에 형성되는 두 개의 격실 중 아래쪽에 배치되는 메인캐비닛, 메인프레임의 내측에 형성되는 두 개의 격실 중 메인캐비닛 상부에 형성되며 메인캐비닛보다 부피가 작은 서브캐비닛을 포함하고, 메인캐비닛 및 서브캐비닛은 메인프레임에 결합되는 바닥판, 측판, 전방판, 후방판 및 상판을 통해 둘러싸여 형성되며, 메인캐비닛은 다수 개의 축전지가 수용되어 직렬로 연결되며, 메인캐비닛에 수용된 축전지들은 각각 교체가 가능하다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리박스에서 메인프레임은 양측에 대향되게 돌출되는 한 쌍의 거치대, 각각의 거치대에 형성되어 섀시와 접하여 고정되는 거치홈을 포함한다.
또는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리박스에서 메인캐비닛 하부에는 다수 개의 격벽이 구비되어 메인캐비닛의 하중을 분산시키는 완충지지부를 더 포함한다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리박스에서 메인캐비닛은 전방판에 구비되어 메인캐비닛 내부에 수용된 축전지에 외기를 공급하는 제1흡기팬, 후방판에 구비되어 메인캐비닛 내부의 공기를 외부로 배출하는 제1배기팬을 포함한다.
또는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차의 배터리박스에서 메인캐비닛은 축전지를 냉각시키는 수냉모듈을 포함한다.
본 발명에 의하면, 축전지의 교환이 용이하여 방전된 축전지와 충전된 축전지를 교환하는 방식으로 충전시간을 절약할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명에 의하면, 전기자동차의 섀시에 견고하게 안착되어 진동이나 충격에 대해 높은 내구성을 지닌 배터리박스를 제공한다는 장점이 있다.
본 발명에 의하면, 배터리박스 내부에서 발생한 열이 빠르게 배출되어 축전지의 과열이 방지되는 장점이 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 배터리박스가 장착된 전기자동차를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 배터리박스의 사시도이다.
도 4는 도 3의 A-A'단면도이다.
도 5는 도 3의 B-B'단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 배터리박스 내부의 공기 흐름을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 배터리박스의 메인프레임을 도시한 사시도이다.
도8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 배터리박스에 탈착 될 수 있도록 구비된 축전지를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명을 적절한 실시예와 함께 설명하고자 한다. 본 발명의 실시예들은 첨부도면을 참조하면서 보다 상세하게 서술한다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 배터리박스(10)가 장착된 전기자동차를 도시한 사시도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리박스(10)는 선형의 섀시(2)에 판상의 바디(1)가 결합되어 그 외형을 형성하는 차량(M)에 탑재될 수 있다.
섀시(2)는 강성은 높고 중량은 가벼운 재질로 이루어지며, 차량(M)의 뼈대를 형성한다.
바디(1)는 섀시(2)로 이루어진 골격의 외측을 덮어 공기의 저항을 줄이고, 차량(M)의 외관을 이룬다.
바디(1)의 내측에는 운전석(4)이 구비되고, 네 개의 타이어(3)가 회전축에 결합되어 섀시(2) 및 바디(1)에 연결된다. 타이어(3)가 연결된 회전축 중 적어도 하나에는 구동모터(5)가 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리박스(10)는 섀시(2)에 결합될 수 있다. 구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리박스(10)는 양측이 서로 평행한 섀시(2)에 의해 지지되고, 저면은 섀시(2) 및 바디(1)가 형성하는 편평한 면에 올려 놓일 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 배터리박스(10)의 사시도이고, 도 4는 도 3의 A-A'단면도이며, 도 5는 도 3의 B-B'단면도이다.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리박스(10)는 메인프레임(100), 메인캐비닛(200) 및 서브캐비닛(300)을 포함한다.
메인캐비닛(200) 및 서브캐비닛(300)은 바닥판(20), 측판(30), 전방판(40), 후방판 및 상판을 통해 둘러싸인 공간으로 이루어진다.
메인캐비닛(200) 상부에 서브캐비닛(300)이 구비되고, 메인캐비닛(200)과 서브캐비닛(300)은 그 내부 공간이 서로 연결될 수 있다. 서브캐비닛(300)은 메인캐비닛(200)보다 작은 부피를 지닌다.
구체적으로 메인프레임(100)에 바닥판(20), 양 쪽 측판(30), 전방판(40), 후방판 및 상판이 결합되어 내부에 소정의 공간을 갖는 메인캐비닛(200) 및 서브캐비닛(300)을 형성한다.
메인캐비닛(200)은 직육면체로 이루어진 공간으로서 바닥판(20), 전방판(40), 제1후방판(210) 및 양 쪽 측판(30), 제1상판(230)을 통해 형성된다.
서브캐비닛(300)은 메인캐비닛(200)의 상부에 구비되며, 전방판(40), 제2후방판(310), 양 쪽 측판(30), 제2상판(320)을 통해 형성된다.
그리고 전방판(40)은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리박스(10)에서 전방을 바라보도록 배치된다.
메인캐비닛(200)에는 그 내부의 공간에 다수 개의 격납구(260)가 구비된다. 격납구(260)들은 좌우로 다수 개가 배치될 수 있으며, 격납구(260)들은 제1후방판(210)을 제거함으로써 그 입구가 개방될 수 있다.
즉, 제1후방판(210)을 분리하면 격납구(260)가 노출되고, 각각의 격납구(260)에 축전기를 삽입하거나, 각각의 격납구(260)로부터 축전기를 인출할 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리박스(10)는 충전된 상태의 축전지(500)를 제1후방판(210)을 분리한 후 격납구(260)에 장착할 수 있고, 충전이 필요한 축전지(500)를 격납구(260)로부터 인출하여 충전할 수도 있다.
각각의 격납구(260)에는 다수 개의 슬롯(262)이 형성될 수 있으며, 슬롯(262)은 축전지(500)가 삽입되는 통로를 형성하며 축전지(500)와 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 전방판(40)은 제1흡기팬(240) 및 제2흡기팬(330)을 포함할 수 있다.
제1흡기팬(240)은 격납구(260)의 전방에 배치되고, 격납구(260)의 개수에 대응하는 숫자로 구비될 수 있다.
제2흡기팬(330)은 서브캐비닛(300)의 전면에 구비되며, 외기를 서브캐비닛(300)의 내부공간으로 흡입한다.
제1후방판(210)에는 제1배기팬(212)이 구비된다. 제1배기팬(212)은 각각의 격납구(260) 후방에 설치되며, 격납구(260)의 개수에 대응하는 숫자로 구비될 수 있다.
제1배기팬(212)은 제1흡기팬(240)의 흡기용량보다 작은 배기용량을 지니도록 형성될 수 있다. 즉, 단위 시간 동안 제1흡기팬(240)을 통해 메인캐비닛(200) 내부로 흡입되는 공기의 양보다 적은 양의 공기가 제1배기팬(212)을 통해 외부로 배출될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 배터리박스(10) 내부의 공기 흐름을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리박스(10)는 전방판(40)이 전기자동차가 진행하는 전방을 향하도록 전기자동차의 섀시(2)에 결합된다.
전방판(40)에 형성된 제1흡기팬(240) 및 제2흡기팬(330)를 통해 배터리박스(10)의 내부로 공기가 유입되는 과정에서 전기자동차가 주행함에 따라 발생하는 공기의 흐름과 동일한 방향으로 공기가 유동하도록 하여 공기의 저항을 감소시킬 수 있다.
즉, 제1흡기팬(240) 및 제2흡기팬(330)를 통해 배터리박스(10)의 내부로 공기가 유입되고, 제1배기팬(212) 및 제2배기팬(312)를 통해 배터리박스(10)의 외부로 공기가 배출되는 과정에서 전기자동차의 주행으로 인해 발생할 수 있는 공기 저항이 감소한다.
또한, 제1흡기팬(240)을 통해 단위 시간 당 메인캐비닛(200) 내부로 유입되는 공기의 양이 제1배기팬(212)을 통해 메인캐비닛(200) 외부로 배출되는 공기의 양보다 많게 되므로, 제1흡기팬(240)을 통해 메인캐비닛(200) 내부로 유입되는 공기 중 일부는 도 6에 도시된 바와 같이, 서브캐비닛(300)으로 유입되어 제2배기팬(312)을 통해 서브캐비닛(300)의 외부로 배출된다.
따라서, 배터리박스(10)는 그 내부를 유동하는 공기의 흐름으로 인하여 전기자동차의 주행 시 상부로 작용하는 양력이나 항력이 감소하게 된다.
제1후방판(210) 및/또는 제2후방판(310)에는 커넥터(220)가 구비될 수 있다. 커넥터(220)는 격납구(260)에 수용된 축전지(500)를 충전하거나, 축전지(500)에 저장된 전기에너지를 전기자동차로 전달하기 위한 도전선이 연결될 수 있다.
그리고, 메인캐비닛(200)의 내측공간에는 격납구(260)와 연결된 수냉모듈(250)이 구비될 수 있다. 수냉모듈(250)은 냉각수가 격납구(260)의 주변을 순환하도록 구비될 수 있으며, 격납구(260)에 수용된 축전지(500)가 미리 정해진 온도 이상으로 과열되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리박스(10)는 축전지(500)의 과열을 방지하기 위하여 공냉 및 수냉 방식을 함께 적용한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리박스(10)는 하단에 완충지지부(400)가 구비될 수 있다. 완충지지부(400)는 다수 개의 격벽(410)을 포함하며, 격벽(410)들의 사이에는 격실이 구비된다.
격벽(410)들은 탄성이 높은 재질로 이루어질 수 있으며, 바디(1) 또는 섀시(2)와 접하여 메인캐비닛(200)에 전달되는 진동이나 충격을 감소시키며, 메인캐비닛(200)의 하중을 분산하여 전기자동차의 바디(1) 또는 섀시(2)로 전달한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 배터리박스(10)의 메인프레임(100)을 도시한 사시도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 메인캐비닛(200) 및 서브캐비닛(300)을 형성하는 바닥판(20), 측판(30), 전방판(40), 제1후방판(210), 제2후방판(310), 제1상판(230) 및 제2상판(320)은 메인프레임(100)에 고정된다. 메인프레임(100)은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리박스(10)의 골격을 형성한다. 메인프레임(100)은 그 양측에 대향되게 돌출되는 거치대(110)를 포함하고, 거치대(110)에는 섀시(2)에 올려 놓일 수 있도록 섀시(2)의 외측둘레 중 적어도 일부를 감쌀 수 있는 거치홈(120)이 구비될 수 있다.
도8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자동차용 배터리박스(10)에 탈착 될 수 있도록 구비된 축전지(500)를 도시한 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 격납구(260)에 수용되는 축전지(500)는 다수 개의 전지세그먼트(510)가 전지판(520)을 통해 결합된 형태일 수 있다.
각각 두 개의 전극을 지닌 전지세그먼트(510)들은 그 양단의 전극이 각각 전지판(520)을 통해 연결되고, 다수개의 전지세그먼트(510)들이 결합된 축전지(500)를 형성한다.
축전지(500)들은 각각 격납구(260)에 수용될 수 있으며, 축전지(500)의 전지판(520)들은 격납구(260)의 슬롯(262)에 접하여 전기적으로 연결될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들이 도면과 함께 설명되었으나, 이는 예시적인 것으로서 전술한 실시예들과 도면으로 본 발명이 한정되진 않는다. 통상의 지식을 가진 자라면 개시되는 내용의 기술사상 범위 내에서 본 발명을 변형할 수 있음이 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 일 실시예를 설명하면서 구성에 따른 작용이나 효과를 명시적으로 기재하지 않았을지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과들까지 인정되어야 함은 당연하다.
M: 차량
1: 바디 2: 섀시
3: 타이어 4: 운전석
5: 구동모터 10: 배터리박스
20: 바닥판 30: 측판
40: 전방판
100: 메인프레임 110: 거치대
120: 거치홈 200: 메인캐비닛
210: 제1후방판 212: 제1배기팬
220: 커넥터 230: 제1상판
240: 제1흡기팬 250: 수냉모듈
260: 격납구 262: 슬롯
300: 서브캐비닛 310: 제2후방판
312: 제2배기팬 320: 제2상판
330: 제2흡기팬 400: 완충지지부
410: 격벽 500: 축전지
510: 전지세그먼트 520: 전지판

Claims (5)

  1. 선형의 섀시에 판상의 바디가 결합되어 외형을 형성하는 전기자동차에 탑재되는 배터리박스로서,
    골격을 형성하는 메인프레임;
    상기 메인프레임의 내측에 형성되는 두 개의 격실 중 아래쪽에 배치되는 메인캐비닛; 및
    상기 메인프레임의 내측에 형성되는 두 개의 격실 중 상기 메인캐비닛 상부에 형성되며 상기 메인캐비닛보다 부피가 작은 서브캐비닛;을 포함하고,
    상기 메인캐비닛 및 상기 서브캐비닛은 상기 메인프레임에 결합되는 바닥판, 측판, 전방판, 후방판 및 상판을 통해 둘러싸여 형성되며,
    상기 메인캐비닛은 다수 개의 축전지가 수용되어 직렬로 연결되며, 상기 메인캐비닛에 수용된 상기 축전지들은 각각 교체가 가능한,
    전기자동차의 배터리박스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 메인프레임은,
    양측에 대향되게 돌출되는 한 쌍의 거치대; 및
    각각의 상기 거치대에 형성되어 상기 섀시와 접하여 고정되는 거치홈;을 포함하는,
    전기자동차의 배터리박스.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 메인캐비닛 하부에는 다수 개의 격벽이 구비되어 상기 메인캐비닛의 하중을 분산시키는 완충지지부;를 더 포함하는,
    전기자동차의 배터리박스.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 메인캐비닛은,
    상기 전방판에 구비되어 상기 메인캐비닛 내부에 수용된 상기 축전지에 외기를 공급하는 제1흡기팬; 및
    상기 후방판에 구비되어 상기 메인캐비닛 내부의 공기를 외부로 배출하는 제1배기팬;을 포함하는,
    전기자동차의 배터리박스.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 메인캐비닛은,
    상기 축전지를 냉각시키는 수냉모듈;을 포함하는,
    전기자동차의 배터리박스.
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