WO2023211059A1 - 교체형 배터리 모듈 - Google Patents

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WO2023211059A1
WO2023211059A1 PCT/KR2023/005421 KR2023005421W WO2023211059A1 WO 2023211059 A1 WO2023211059 A1 WO 2023211059A1 KR 2023005421 W KR2023005421 W KR 2023005421W WO 2023211059 A1 WO2023211059 A1 WO 2023211059A1
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battery pack
locking member
groove
battery module
locking
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PCT/KR2023/005421
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Inventor
정민용
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • B60Y2200/91—Electric vehicles
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    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane

Definitions

  • the present invention relates to a replaceable battery module, an electric vehicle including the same, and a battery swap station.
  • the LEV (Light Electric Vehicle) market is being proposed as a solution to the problems of traffic congestion and parking shortages in large cities, and its use is expanding to various fields such as tourist attractions, golf carts, and logistics warehouses.
  • the battery replacement method refers to a method of replacing a used battery with a fully charged battery.
  • the battery replacement method can provide convenience to drivers of electric vehicles because the battery can be replaced within a short period of time.
  • the present invention aims to solve the problem of providing a replaceable battery module that can quickly replace a battery pack through a simple coupling structure, an electric vehicle including the same, and a battery swap station.
  • a replaceable battery module related to an embodiment of the present invention includes a battery pack including a groove formed on the outer peripheral surface and a locking member elastically connected to the bottom surface of the groove, and a mounting device in which the battery pack is detachably mounted. It includes a space and a battery pack mounting portion provided with a locking jaw that locks with the locking member to fix the position of the battery pack mounted in the mounting space.
  • the locking member may pass from one end of the locking jaw to the other end, and after passing through the locking jaw, the locking member may be locked with the other end of the locking jaw.
  • the locking member passes from one end of the locking jaw to the other end, it is pressed by the locking jaw and moves toward the bottom surface of the groove.
  • the force applied from the locking jaw is released and the locking member moves in a direction away from the bottom surface of the groove.
  • one end of the locking protrusion may be provided so that its thickness increases along the mounting direction of the battery pack, and the locking member may be provided to pass through one end while sliding while in contact with one end of the locking protrusion.
  • the locking member may include a head exposed to the outside of the battery pack, a body connecting the head to the bottom of the groove, and a spring member mounted on the body.
  • the bottom surface of the groove has a through hole through which the body part passes.
  • the spring member may be provided to be compressed when the head moves toward the bottom of the groove.
  • the locking member may include a separation prevention member that is coupled to a portion of the body portion that penetrates the through hole and prevents the locking member from leaving the groove.
  • the battery pack mounting portion may include a coupling release portion for releasing the locking member from the locking member when the battery pack is separated from the mounting space.
  • the disconnection unit may include a push button located on the outer peripheral surface of the battery pack mounting portion and a rod connected to the push button and having one end exposed to the mounting space through the outer peripheral surface.
  • one end of the rod may move the locking member toward the bottom of the groove.
  • the locking member becomes capable of passing from the other end to one end of the locking jaw.
  • the battery pack can be separated from the battery pack mounting portion.
  • an electric vehicle including the replaceable battery module is provided.
  • a battery swap station including the replaceable battery module is provided.
  • the battery pack can be quickly replaced through a simple coupling structure.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a replaceable battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2 to 4 are operating state diagrams for explaining the process of installing and dismounting a battery pack in the replaceable battery module shown in FIG. 1.
  • 5 to 7 are views showing the locking member in detail.
  • Figure 8 is a schematic configuration diagram of an electric vehicle related to an embodiment of the present invention.
  • Figure 9 is a schematic configuration diagram of a battery swap station related to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a replaceable battery module according to an embodiment of the present invention
  • FIGS. 2 to 4 are operating state diagrams for explaining the process of attaching and detaching a battery pack from the replaceable battery module shown in FIG. 1.
  • FIG. 2 is an operating state diagram for explaining the battery pack installation process
  • FIG. 3 is an operating state diagram for explaining the completed installation state of the battery pack
  • FIG. 4 is an operating state diagram for explaining the battery pack removal process. am.
  • the present invention relates to a replaceable battery module. Additionally, an electric vehicle according to an embodiment of the present invention includes the replaceable battery module. Additionally, the battery swap station according to an embodiment of the present invention includes the replaceable battery module. In detail, the replaceable battery module can be applied to a light electronic vehicle (LEV) or a battery swap station (also referred to as a 'battery charging station').
  • LEV light electronic vehicle
  • a battery swap station also referred to as a 'battery charging station'
  • a replaceable battery module related to an embodiment of the present invention includes a battery pack 100 and a battery pack mounting unit 200.
  • the battery pack mounting unit 200 may be provided in an electric vehicle or in a battery charging station.
  • the replaceable battery module includes a battery pack 100 and a battery pack ( A mounting space 210 in which 100 is detachably mounted and a locking jaw 220 that is fixed to the locking member 120 are provided to fix the position of the battery pack 100 mounted in the mounting space 210. Includes a battery pack mounting portion 200.
  • the battery pack 100 may include a case 101 and a plurality of secondary battery cells (E) accommodated within the case 101.
  • the outer peripheral surface of the battery pack 100 refers to the outer peripheral surface 102 of the case 101.
  • the battery pack 100 may be electrically connected to the battery pack mounting unit 200 while being mounted in the mounting space 210 within the battery pack mounting unit 200. As the battery pack 100 and the battery pack mounting unit 200 are electrically connected to each other, power can be supplied from the battery charging station to the battery pack 100 to charge the battery pack. Additionally, power may be supplied from the battery pack 100 to the electric motor, which is the driving source of the electric vehicle.
  • the battery pack 100 includes a groove 110 formed on the outer peripheral surface 102, and a locking member 120 elastically connected to the bottom surface 111 of the groove 110.
  • the locking member 120 is elastically connected to the bottom surface 111 of the groove 110, so that it can be pressed toward the bottom surface 111 of the groove 110 and returned to its original position.
  • the locking member 120 is pressed and moved toward the bottom surface 111 of the groove by an external force, and when the external force is released, it moves in a direction away from the bottom surface 111 of the groove and returns to its original position.
  • the external force may be generated by contact with the locking jaw 220, which will be described below.
  • the direction in which the locking member 120 moves toward the bottom surface 111 of the groove 110 is referred to as the first direction h1, and the locking member 120 moves from the bottom surface 111 of the groove 110.
  • the direction away is referred to as the second direction (h2).
  • the first direction (h1) and the second direction (h2) are opposite directions.
  • the battery pack 100 may have a width W1 of the front end 100a and a width W2 of the rear end 100b that are different from each other.
  • the front end 100a of the battery pack 100 is the part that enters the mounting space 210 first when inserted into the mounting space, and the area in the opposite direction to the front end 100a is called the rear end 100b.
  • the width W1 of the front end 100a of the battery pack 100 is formed to be relatively narrow compared to the width W2 of the rear end 100b to facilitate entry into the mounting space 210. It can be. Additionally, the battery pack 100 may be provided with a handle 130 on the rear end 100b.
  • the battery pack mounting unit 200 includes a mounting space 210 in which the battery pack 100 is detachably mounted, and the locking member 220 to fix the position of the battery pack 100 mounted in the mounting space 210. It includes a locking jaw 220 that is locked and fixed.
  • the locking member 120 passes from one end 220a to the other end 220b of the locking jaw 220, and when the passage is completed, the locking member 120 passes through the locking jaw 220. It can be locked with the other end (220b) of.
  • the latching member 120 may be at least partially in contact with the other end 220b of the latching jaw 220.
  • One end 220a of the locking jaw 220 is located adjacent to the entrance through which the battery pack 100 enters the mounting space.
  • the locking protrusion 220 may be provided so that one end 220a increases in thickness t along the mounting direction M of the battery pack. At this time, the locking member 120 may pass through one end 220a while sliding in contact with the end 220a of the locking jaw 220 along the mounting direction M of the battery pack.
  • the locking member 120 when the locking member 120 passes from one end 220a to the other end 220b of the locking ledge 220, it may be moved toward the bottom surface 111 of the groove by being pressed by the locking ledge 220. there is.
  • the locking member 120 when the battery pack 100 enters the mounting space 210 along the mounting direction M, the locking member 120 is moved in the first direction h1 by the locking jaw 220, and the locking member 120 moves in the first direction h1. (120) may be gradually moved in a direction closer to the bottom surface (111) of the groove (110) by the thickness (t) of the locking jaw (220).
  • the locking member 120 completes passage from one end 220a to the other end 220b of the locking jaw 220, the pressing force from the locking jaw 220 is released and the locking member 120 can elastically return to its original position. there is. As the locking member 120 is elastically returned to its original position, at least a portion of the locking member 120 may be in contact with the other end 220b of the locking jaw 220. The contact portion serves as a locking device.
  • one end 220a of the locking protrusion 220 has an inclined surface, and the locking member 120 can pass the catching protrusion 220 while sliding along the slope of the inclined surface.
  • the part of the locking member 120 that contacts the inclined surface may be rounded to minimize friction with the inclined surface.
  • 5 to 7 are views showing the locking member 120 in detail.
  • the locking member 120 includes a locking jaw 220 and a head portion 121 exposed to the outside of the battery pack 100 so as to be lockable, and a bottom surface 111 of the head portion 121 and the groove 110. It may include a body portion 122 connecting the and a spring member 123 mounted on the body portion 122. At this time, the spring member 123 may be provided to be compressed when the head 121 moves toward the bottom surface 111 of the groove 110. That is, when the head 121 moves in the first direction h1 due to an external force, the spring member 123 is compressed. Conversely, when the external force is released, the spring member 123 elastically restores and the head 121 moves in the second direction h2.
  • the head 121 may have a substantially rectangular parallelepiped shape and may have rounded corners.
  • the head 121 is a part that substantially slides along the inclined surface of one end 220a of the locking jaw 220 and is locked with the other end 220b of the locking jaw 220.
  • the body portion 122 may have a rod shape and may be connected to the center of the head portion 121.
  • the spring member 123 may be provided to surround the body portion 122 so that the body portion 122 penetrates therein.
  • the spring member 123 may provide a restoring force to elastically return to the original position after the head 121 is pressed and moved.
  • the spring member 123 may be a coil spring.
  • the groove 110 may be provided with a rail portion that guides the movement of the head portion 121.
  • the bottom surface 111 of the groove 110 may have a through hole 112 through which the body portion 122 penetrates.
  • the through hole 112 may be located in the center of the bottom surface 111 of the groove 110.
  • the locking member 120 is coupled to a part of the body portion 122 that penetrates the through hole 112 to form a separation prevention member 400 that prevents the locking member 120 from being separated from the groove 110. It can be included.
  • the separation prevention member 400 may be a clip member, for example, a C-type clip.
  • the body portion 122 penetrating the through hole 112 may have a clip groove 124 into which the clip member is inserted.
  • the through hole 112 penetrates the outer peripheral surface 102 and the inner peripheral surface 103 of the case 101, and the separation prevention member 400 is disposed on the inner peripheral surface 103.
  • the inner peripheral surface 103 of the case 101 surrounds the mounting space 210.
  • the battery pack mounting unit 200 may include a coupling release unit 230 for releasing the locking member 120 when the battery pack 100 is separated from the mounting space.
  • the disconnection part 230 is connected to a push button 231 located on the outer peripheral surface 201 of the battery pack mounting unit 200 and the push button 231, and the outer peripheral surface 201 ) and includes a rod 232 having one end exposed to the mounting space 210.
  • a depression 202 is formed on the outer peripheral surface 201 of the battery pack mounting unit 200, and the push button 231 may be disposed within the depression 202. Additionally, the rod 232 extends through the depression 202 into the mounting space 210 .
  • the push button 231 When the push button 231 is pressed when the battery pack 100 is installed, one end of the rod 232 moves the locking member 120 toward the bottom surface 111 of the groove 110. In addition, after the locking member 120 is moved to the bottom surface 111 of the groove 110 by the rod 232, the locking member 120 is positioned at the other end 220b of the locking jaw 220. It becomes possible to pass through the end portion 220a.
  • the coupling release portion 230 may include a spring member 233 mounted on the rod 232.
  • the spring member 233 may be mounted surrounding the rod 232 so that the rod 232 penetrates therein.
  • the spring member 233 may provide a restoring force to elastically return to the original position after the push button 231 is pressed.
  • the spring member 233 when the push button 231 is pressed by an external force and the rod 122 moves in the first direction h1, the spring member 233 is compressed. Conversely, when the external force applied to the push button is released, the spring member 233 restores elasticity and the rod 122 moves in the second direction h2.
  • the direction P in which the push button 231 is pressed may be the same as the first direction h1.
  • the replaceable battery module according to the present invention may additionally include a cover (not shown) coupled to the battery pack mounting portion.
  • the cover is coupled to the battery pack mounting portion 200 so that the mounting space 210 of the battery pack mounting portion 200 is sealed.
  • the cover serves to prevent the mounted battery pack 100 from coming off and to protect the battery pack 100 from being damaged by external shock.
  • FIG. 8 is a configuration diagram schematically showing an electric vehicle 500 related to an embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is a configuration diagram schematically showing a battery swap station 600 related to an embodiment of the present invention.
  • the present invention may be an electric vehicle 500 including the above-described replaceable battery module.
  • the electric vehicle 500 includes a battery pack mounting portion 200, and a battery pack may be detachably mounted on the battery pack mounting portion 200.
  • the type of the electric vehicle 500 is not particularly limited as long as it can be equipped with a replaceable battery module, and may be a small, medium, or large electric vehicle, and preferably a small electric vehicle. Examples of small electric vehicles may include electric scooters, electric bicycles, or quickboards.
  • An electric vehicle including the above-mentioned replaceable battery module has the advantage of shortening the replacement time when replacing an old battery pack with a new battery pack.
  • the present invention relates to a battery swap station 600 including the above-described replaceable battery module.
  • the battery swap station 600 can charge the battery pack by supplying power to the battery pack through the battery pack mounting unit 200.
  • the battery swap station including the above-mentioned replaceable battery module has the advantage of shortening the replacement time consumed when installing an old battery pack or removing a fully charged battery pack.
  • the battery pack can be replaced quickly through a simple coupling structure.

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Abstract

본 발명의 일 실시예와 관련된 교체형 배터리 모듈은 외주면에 형성된 홈 및 상기 홈의 바닥면과 탄성 연결된 걸림 부재를 포함하는 배터리 팩 및 배터리 팩이 탈착 가능하게 장착되는 장착 공간 및 상기 장착 공간 내에 장착된 배터리 팩의 위치가 고정되도록 상기 걸림 부재와 걸림 고정되는 걸림 턱이 마련된 배터리 팩 장착부를 포함한다.

Description

교체형 배터리 모듈
본 발명은 교체형 배터리 모듈, 이를 포함하는 전기차 및 배터리 스왑(swab) 스테이션에 관한 것이다.
본 출원은 2022년 4월 25일자 한국 특허 출원 제10-2022-0050507호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
경량 전기차 LEV(Light Electric Vehicle) 시장은 대도시 교통정체 및 주차 부족 문제의 해결책으로 제안되고 있으며, 관광지, 골프카트, 물류창고 등 여러 분야로 사용이 확대되고 있다.
배터리팩을 구비한 소형 전기차는 구동을 위해 배터리 충전이 필요하지만, 배터리 충전에 오랜 시간이 소요되는 단점이 있다.
최근, 배터리 충전 시간을 단축하기 위해, 배터리 교체(swab) 방식이 고려되고 있다. 배터리 교체 방식은 사용된 배터리와 완충된 배터리를 교체하는 방식을 의미하며, 배터리 교체 방식은 짧은 시간 내에 배터리 교체가 가능하므로 전기차의 운전자에게 편리함을 제공할 수 있다.
본 발명은 간단한 결합 구조를 통해 배터리 팩의 교체가 신속히 이루어질 수 있는 교체형 배터리 모듈, 이를 포함하는 전기차 및 배터리 스왑 스테이션을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예와 관련된 교체형 배터리 모듈은 외주면에 형성된 홈 및 상기 홈의 바닥면과 탄성 연결된 걸림 부재를 포함하는 배터리 팩 및 배터리 팩이 탈착 가능하게 장착되는 장착 공간 및 상기 장착 공간 내에 장착된 배터리 팩의 위치가 고정되도록 상기 걸림 부재와 걸림 고정되는 걸림 턱이 마련된 배터리 팩 장착부를 포함한다.
또한, 장착 공간으로 배터리 팩 장착 시, 상기 걸림 부재는 걸림 턱의 일 단부에서 타 단부를 통과하고, 걸림 턱을 통과한 후, 걸림 턱의 타 단부와 걸림 고정될 수 있다.
또한, 상기 걸림 부재는 걸림 턱의 일 단부에서 타 단부를 통과할 때, 걸림 턱으로부터 눌림 받아 홈의 바닥면 측으로 이동된다.
또한, 상기 걸림 부재는 걸림 턱을 통과한 후, 걸림 턱으로부터 눌림 받는 힘이 해제되어 홈의 바닥면에서 멀어지는 방향으로 이동된다.
또한, 상기 걸림 턱은 일 단부가 배터리팩의 장착 방향을 따라 두께가 증가하도록 마련되고, 상기 걸림 부재는 상기 걸림 턱의 일단부와 접촉한 상태로 슬라이딩 이동하면서 일단부를 통과하도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 걸림 부재는 배터리 팩의 외측으로 노출된 머리부, 상기 머리부과 홈의 바닥면을 연결하는 몸체부 및 상기 몸체부에 장착되는 스프링 부재를 포함할 수 있다.
또한, 상기 홈의 바닥면은 상기 몸체부가 관통하는 관통공을 갖는다.
또한, 상기 스프링 부재는 머리부가 홈의 바닥면 측으로 이동 시, 압축되도록 마련될 수 있다.
또한, 상기 걸림부재는 상기 관통공을 관통한 몸체부의 일부와 결합하여 홈으로부터 걸림 부재의 이탈을 방지하는 이탈 방지 부재를 포함할 수 있다.
또한, 상기 배터리 팩 장착부는 장착공간으로부터 배터리 팩 분리 시 걸림 부재의 걸림 결합을 해제하기 위한 결합 해제부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 결합 해제부는, 상기 배터리 팩 장착부의 외주면에 위치한 눌림 버튼 및 상기 눌림 버튼과 연결되고, 상기 외주면을 관통하여 장착 공간으로 노출된 일단부를 갖는 로드를 포함할 수 있다.
또한, 배터리 팩의 장착 상태에서, 상기 눌림 버튼이 눌리면, 상기 로드의 일 단부는 걸림 부재를 홈의 바닥면 측으로 이동시킬 수 있다.
또한, 상기 로드에 의해 걸림 부재가 홈의 바닥면 측으로 이동된 이후, 상기 걸림 부재는 걸림 턱의 타 단부에서 일 단부로 통과 가능한 상태로 된다. 이떄, 사용자가 배터리팩의 장착방향과 반대방향으로 외력을 가할 시, 배터리팩 장착부로부터 배터리팩을 분리시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 교체형 배터리 모듈을 포함하는 전기차가 제공된다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 교체형 배터리 모듈을 포함하는 배터리 스왑 스테이션이 제공된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 적어도 일 실시예와 관련된 교체형 배터리 모듈, 이를 포함하는 전기차 및 배터리 스왑 스테이션에 따르면, 간단한 결합 구조를 통해 배터리 팩의 교체가 신속히 이루어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 교체형 배터리 모듈의 단면도이다.
도 2 내지 도 4는 도 1에 도시된 교체형 배터리 모듈에서 배터리 팩의 장착 및 분리 과정을 설명하기 위한 작동 상태도들이다.
도 5 내지 도 7은 걸림 부재를 상세히 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예와 관련된 전기차를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예와 관련된 배터리 스왑 스테이션을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 교체형 배터리 모듈, 이를 포함하는 전기차 및 배터리 스왑 스테이션을 도면을 참고하여 상세히 설명한다.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일 또는 유사한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 교체형 배터리 모듈의 단면도이고, 도 2 내지 4는 도 1에 도시된 교체형 배터리 모듈에서 배터리 팩의 장착 및 분리 과정을 설명하기 위한 작동 상태도이다.
구체적으로, 도 2는 배터리 팩이 장착 과정을 설명하기 위한 작동 상태도이고, 도 3은 배터리 팩의 장착 완료 상태를 설명하기 위한 작동 상태도이며, 도 4는 배터리 팩의 분리 과정을 설명하기 위한 작동 상태도이다.
본 발명은 교체형 배터리 모듈에 관한 것이다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기차는 상기 교체형 배터리 모듈을 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 스왑 스테이션은 상기 교체형 배터리 모듈을 포함한다. 상세하게, 상기 교체형 배터리 모듈은 경량 전기차(LEV, light electronic vehicle) 또는 배터리 스왑 스테이션(또는 '배터리 충전소'라고도 함)에 적용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예와 관련된 교체형 배터리 모듈은, 배터리 팩(100) 및 배터리 팩 장착부(200)를 포함한다. 상기 배터리 팩 장착부(200)는 전기차에 마련되거나, 배터리 충전소에 마련될 수 있다.
상기 교체형 배터리 모듈은, 상기 외주면(102)에 형성된 홈(110) 및 상기 홈(110)의 바닥면(111)과 탄성 연결된 걸림 부재(120)를 포함하는 배터리 팩(100) 및 배터리 팩(100)이 탈착 가능하게 장착되는 장착 공간(210) 및 상기 장착 공간(210) 내에 장착된 배터리 팩(100)의 위치가 고정되도록 상기 걸림 부재(120)와 걸림 고정되는 걸림 턱(220)이 마련된 배터리 팩 장착부(200)를 포함한다.
상기 배터리 팩(100)은 케이스(101) 및 케이스(101) 내부에 수용된 복수 개의 이차 전지 셀(E)을 포함할 수 있다. 배터리 팩(100)의 외주면은 케이스(101)의 외주면(102)을 의미한다.
또한, 상기 배터리 팩(100)는 배터리 팩 장착부(200) 내 장착공간(210)에 장착된 상태에서, 배터리 팩 장착부(200)와 전기적으로 연결될 수 있다. 배터리 팩(100)과 배터리 팩 장착부(200)가 서로 전기적으로 연결됨에 따라, 배터리 충전소로부터 배터리 팩(100)으로 전원이 공급되어 배터리 팩의 충전이 이루어질 수 있다. 또한, 배터리 팩(100)으로부터 전기차의 구동원인 전기 모터로 전원이 공급될 수 있다.
구체적으로, 상기 배터리 팩(100)은 외주면(102)에 형성된 홈(110), 및 상기 홈(110)의 바닥면(111)과 탄성 연결된 걸림 부재(120)를 포함한다. 상기 걸림 부재(120)는 홈(110)의 바닥면(111)과 탄성 연결됨에 따라, 홈(110)의 바닥면(111) 측으로 눌림 이동 및 원래 위치로 복귀 가능하게 마련된다.
상기 걸림 부재(120)는 외력에 의해 홈의 바닥면(111) 측으로 눌림 이동하고, 외력 해제 시 홈의 바닥면(111)과 멀어지는 방향으로 이동하여 원위치로 복귀한다. 상기 외력은 이하에서 설명하는 걸림 턱(220)과의 접촉에 의해 발생될 수 있다. 이때, 걸림 부재(120)가 홈(110)의 바닥면(111) 측으로 이동하는 방향을 제1 방향(h1)이라 지칭하고, 걸림 부재(120)가 홈(110)의 바닥면(111)으로부터 멀어지는 방향을 제2 방향(h2)이라 지칭한다. 이때, 제1 방향(h1)과 제2 방향(h2)은 서로 반대방향이다.
또한, 상기 배터리 팩(100)은 전단부(100a)의 폭(W1)과 후단부(100b)의 폭(W2)의 폭이 서로 상이할 수 있다. 상기 배터리 팩(100)의 전단부(100a)는 장착공간으로 삽입 시, 장착 공간(210)에 먼저 들어가는 부분이며, 전단부(100a)의 반대 방향의 영역을 후단부(100b)라 한다.
도 1을 참조하면, 상기 배터리 팩(100)은 장착 공간(210)으로 진입이 용이하도록 전단부(100a)의 폭(W1)은 후단부(100b)의 폭(W2)에 비해 상대적으로 좁게 형성될 수 있다. 또한, 상기 배터리 팩(100)은 후단부(100b) 측에 손잡이(130)가 마련되어 있을 수 있다.
상기 배터리 팩 장착부(200)는 배터리 팩(100)이 탈착 가능하게 장착되는 장착 공간(210) 및 장착 공간(210) 내 장착된 배터리 팩(100)의 위치가 고정되도록 상기 걸림 부재(220)와 걸림 고정되는 걸림 턱(220)을 포함한다.
도 2를 참조하면, 배터리 팩(100) 장착 시, 상기 걸림 부재(120)는 걸림 턱(220)의 일 단부(220a)에서 타 단부(220b)를 통과하고, 통과 완료 시 걸림 턱(220)의 타 단부(220b)와 걸림 고정될 수 있다.
걸림 고정 상태에서, 상기 걸림 부재(120)는 걸림 턱(220)의 타 단부(220b)와 적어도 일부가 접촉되어 있을 수 있다. 상기 걸림 턱(220)의 일 단부(220a)는 배터리 팩(100)이 장착공간으로 진입하는 입구와 인접하게 위치한다.
상기 걸림 턱(220)은 일 단부(220a)가 배터리팩의 장착 방향(M)을 따라 두께(t)가 증가하도록 마련될 수 있다. 이때, 상기 걸림 부재(120)는 배터리팩의 장착방향(M)을 따라 상기 걸림 턱(220)의 일단부(220a)와 접촉한 상태로 슬라이딩 이동하면서 일 단부(220a)를 통과할 수 있다.
또한, 상기 걸림 부재(120)는 걸림 턱(220)의 일 단부(220a)에서 타 단부(220b)를 통과할 때, 걸림 턱(220)으로부터 눌림 받아 홈의 바닥면(111) 측으로 이동될 수 있다.
즉, 배터리팩(100)의 장착방향(M)을 따라 장착공간(210)으로 진입 시, 걸림 부재(120)는 걸림 턱(220)에 의해 제1 방향(h1)으로 이동되며, 상기 걸림 부재(120)는 걸림 턱(220)의 두께(t)만큼 점진적으로 홈(110)의 바닥면(111)과 가까워지는 방향으로 이동될 수 있다.
또한, 상기 걸림 부재(120)는 걸림 턱(220)의 일 단부(220a)에서 타 단부(220b)로 통과 완료 시, 걸림 턱(220)으로부터 눌림 받는 힘이 해제되어 원 위치로 탄성 복귀될 수 있다. 상기 걸림 부재(120)는 원 위치로 탄성 복귀됨에 따라, 걸림 턱(220)의 타 단부(220b)와 적어도 일부가 접촉되어 있을 수 있다. 상기 접촉된 부분이 걸림 고정 역할을 한다.
또한, 상기 걸림 턱(220)의 일 단부(220a)는 경사면을 갖고, 상기 걸림 부재(120)는 상기 경사면의 경사를 따라 슬라이딩 이동하면서 걸림 턱(220)을 통과할 수 있다. 상기 걸림 부재(120)는 경사면과 마찰을 최소화하기 위해 경사면과 접촉되는 부분이 라운드 처리될 수 있다.
도 5 내지 7은 걸림 부재(120)를 상세히 나타낸 도면이다.
상기 걸림 부재(120)는 걸림 턱(220)과 걸림 고정 가능하게 배터리 팩(100)의 외측으로 노출된 머리부(121), 상기 머리부(121)과 홈(110)의 바닥면(111)을 연결하는 몸체부(122) 및 상기 몸체부(122)에 장착되는 스프링 부재(123)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 스프링 부재(123)는 머리부(121)가 홈(110)의 바닥면(111) 측으로 이동 시, 압축되도록 마련될 수 있다. 즉, 외력에 의해 머리부(121)가 제1 방향(h1)으로 이동 시, 스프링 부재(123)는 압축하게 된다. 반대로, 외력이 해제될 경우, 스프링 부재(123)가 탄성 복원하면서, 머리부(121)가 제2 방향(h2)으로 이동하게 된다.
상기 머리부(121)는 대략 직육면체 형상을 가질 수 있고, 모서리 부분이 라운드 지게 형성될 수 있다. 상기 머리부(121)는 실질적으로 걸림 턱(220)의 일 단부(220a)의 경사면을 따라 슬라이딩 이동되고, 걸림 턱(220)의 타 단부(220b)와 걸림 고정되는 부분이다.
또한, 상기 몸체부(122)는 막대 형상일 수 있고, 머리부(121)의 중심부와 연결될 수 있다. 상기 스프링 부재(123)는 내부에 몸체부(122)가 관통하도록 상기 몸체부(122)를 둘러싸게 마련될 수 있다. 상기 스프링 부재(123)는 머리부(121)의 눌림 이동 후 원 위치로 탄성 복귀하는 복원력을 제공할 수 있다. 일예로, 상기 스프링 부재(123)는 코일 스프링일 수 있다. 또한, 상기 홈(110)에는 머리부(121)의 이동을 안내하는 레일부가 마련될 수도 있다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 상기 홈(110)의 바닥면(111)은 상기 몸체부(122)가 관통하는 관통공(112)을 가질 수 있다. 상기 관통공(112)은 홈(110)의 바닥면(111) 중앙부에 위치할 수 있다.
또한, 상기 걸림 부재(120)는 상기 관통공(112)을 관통한 몸체부(122)의 일부와 결합하여 홈(110)으로부터 걸림 부재(120)의 이탈을 방지하는 이탈 방지 부재(400)를 포함할 수 있다.
상기 이탈 방지 부재(400)는 클립 부재, 예를 들어, C형-클립일 수 있다. 상기 관통공(112)을 관통한 몸체부(122)는 상기 클립 부재가 끼워지기 위한 클립 홈(124)을 가질 수 있다.
상기 관통공(112)는 케이스(101)의 외주면(102)과 내주면(103)을 관통하며, 상기 이탈 방지 부재(400)는 내주면(103)에 배치된다. 상기 케에스(101)의 내주면(103)은 장착공간(210)을 둘러싸게 된다.
또한, 상기 배터리 팩 장착부(200)는 장착 공간에서 배터리 팩(100)을 분리 시, 걸림 부재(120)의 걸림 결합을 해제하기 위한 결합 해제부(230)를 포함할 수 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 상기 결합 해제부(230)는 상기 배터리 팩 장착부(200)의 외주면(201)에 위치한 눌림 버튼(231) 및 상기 눌림 버튼(231)과 연결되고, 외주면(201)을 관통하여 장착 공간(210)으로 노출된 일단을 갖는 로드(232)를 포함한다. 상기 배터리 팩 장착부(200)의 외주면(201)에는 함몰부(202)가 형성되고, 상기 눌림 버튼(231)은 함몰부(202) 내에 배치될 수 있다. 또한, 로드(232)는 함몰부(202)를 관통하여 장착 공간(210) 내로 연장된다.
도 4를 참조하면, 배터리 팩(100)이 장착공간(210) 내에 장착된 상태에서, 배터리팩 장착부(200)의 외부에서 상기 눌림 버튼(231)이 눌리면, 상기 로드(232)의 일 단부는 걸림 부재(120)를 홈(110)의 바닥면(111) 측으로 이동시키게 된다. 걸림 부재(120)가 제1 방향(h1)으로 이동됨에 따라 걸림부재(120)와 걸림 턱(220)의 걸림 결합이 해제될 수 있다.
배터리 팩(100)의 장착 상태에서, 상기 눌림 버튼(231)이 눌리면, 상기 로드(232)의 일 단부는 걸림 부재(120)를 홈(110)의 바닥면(111) 측으로 이동시키게 된다. 또한, 상기 로드(232)에 의해 걸림 부재(120)가 홈(110)의 바닥면(111) 측으로 이동된 이후, 상기 걸림 부재(120)는 걸림 턱(220)의 타 단부(220b)에서 일 단부(220a)로 통과 가능하게 된다.
또한, 상기 결합 해제부(230)는 상기 로드(232)에 장착되는 스프링 부재(233)를 포함할 수 있다. 상기 스프링 부재(233)는 내부에 로드(232)가 관통하도록 상기 로드(232)를 둘러싼 상태로 장착될 수 있다. 상기 스프링 부재(233)는 눌림 버튼(231)의 눌림 후 원 위치로 탄성 복귀하는 복원력을 제공할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 외력에 의해 눌림버튼(231)이 눌리면 로드(122)가 제1 방향(h1)으로 이동 시, 스프링 부재(233)는 압축하게 된다. 반대로, 눌림 버튼에 가해지는 외력이 해제될 경우, 스프링 부재(233)가 탄성 복원하면서, 로드(122)가 제2 방향(h2)으로 이동하게 된다. 일예로, 눌림버튼(231)이 눌리는 방향(P)은 제1 방향(h1)과 동일한 방향일 수 있다.
본 발명에 따른 교체형 배터리 모듈은 배터리 팩 장착부와 결합하는 커버(미도시)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 커버는 배터리 팩 장착부(200)의 장착 공간(210)이 밀폐되도록 상기 배터리 팩 장착부(200)와 결합된다. 상기 커버는 장착된 배터리 팩(100)의 이탈 방지 및 외부 충격에 의해 손상 되지 않도록 배터리 팩(100)을 보호하는 역할을 한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예와 관련된 전기차(500)를 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예와 관련된 배터리 스왑 스테이션(600)을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명은 전술한 교체형 배터리 모듈을 포함하는 전기차(500)일 수 있다. 상기 전기차(500)는 배터리팩 장착부(200)를 포함하고, 상기 배터리팩 장착부(200)에 배터리팩이 탈착 가능하게 장착될 수 있다. 상기 전기차(500)는 교체형 배터리 모듈이 장착 가능하다면 그 종류는 특별히 제한되지 않으며, 소형, 중형 또는 대형 전기차일 수 있고, 바람직하게는 소형 전기차일 수 있다. 소형 전기차는 예를 들어, 전기 스쿠터, 전기 자전거 또는 퀵보드 등이 예시될 수 있다. 전술한 교체형 배터리 모듈을 포함하는 전기차는 오래된 배터리 팩을 새로운 배터리 팩으로 교체할 때, 교체 시간이 단축되는 장점을 갖는다.
도 9를 참조하면, 본 발명은 전술한 교체형 배터리 모듈을 포함하는 배터리 스왑 스테이션(600)에 관한 것이다. 상기 배터리 스왑 스테이션(600)은 배터리팩 장착부(200)를 통해 배터리팩으로 전원을 공급하여 배터리팩이 충전되게 할 수 있다. 전술한 교체형 배터리 모듈을 포함하는 배터리 스왑 스테이션은 오래된 배터리 팩을 장착하거나, 충전이 완료된 배터리 팩의 분리할 때 소모되는 교체 시간이 단축되는 장점을 갖는다.
위에서 설명된 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
본 발명의 일 실시예와 관련된 교체형 배터리 모듈, 이를 포함하는 전기차 및 배터리 스왑 스테이션에 따르면, 간단한 결합 구조를 통해 배터리 팩의 교체가 신속히 이루어질 수 있다.

Claims (14)

  1. 외주면에 형성된 홈 및 상기 홈의 바닥면과 탄성 연결된 걸림 부재를 포함하는 배터리 팩; 및
    배터리 팩이 탈착 가능하게 장착되는 장착 공간 및 상기 장착 공간 내에 장착된 배터리 팩의 위치가 고정되도록 상기 걸림 부재와 걸림 고정되는 걸림 턱이 마련된 배터리 팩 장착부를 포함하는, 교체형 배터리 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서, 장착 공간으로 배터리 팩 장착 시,
    상기 걸림 부재는 걸림 턱의 일 단부에서 타 단부를 통과하고, 걸림 턱을 통과한 후, 걸림 턱의 타 단부와 걸림 고정되는, 교체형 배터리 모듈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 걸림 부재는 걸림 턱의 일 단부에서 타 단부를 통과할 때, 걸림 턱으로부터 눌림 받아 홈의 바닥면 측으로 이동되는, 교체형 배터리 모듈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 걸림 부재는 걸림 턱을 통과한 후, 걸림 턱으로부터 눌림 받는 힘이 해제되어 홈의 바닥면에서 멀어지는 방향으로 이동되는, 교체형 배터리 모듈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 걸림 턱은 일 단부가 배터리팩의 장착 방향을 따라 두께가 증가하도록 마련되고,
    상기 걸림 부재는 상기 걸림 턱의 일단부와 접촉한 상태로 슬라이딩 이동하면서 일 단부를 통과하는, 교체형 배터리 모듈.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 걸림 부재는 배터리 팩의 외측으로 노출된 머리부;
    상기 머리부과 홈의 바닥면을 연결하는 몸체부; 및
    상기 몸체부에 장착되는 스프링 부재를 포함하는, 교체형 배터리 모듈.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 홈의 바닥면은 상기 몸체부가 관통하는 관통공을 갖는, 교체형 배터리 모듈.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 스프링 부재는 머리부가 홈의 바닥면 측으로 이동 시, 압축되도록 마련된 교체형 배터리 모듈.
  9. 제 7 항에 있어서,
    걸림부재는 상기 관통공을 관통한 몸체부의 일부와 결합하여 홈으로부터 걸림 부재의 이탈을 방지하는 이탈 방지 부재를 포함하는, 교체형 배터리 모듈.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 팩 장착부는 장착공간으로부터 배터리 팩 분리 시 걸림 부재의 걸림 결합을 해제하기 위한 결합 해제부를 포함하는, 교체형 배터리 모듈.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 결합 해제부는,
    상기 배터리 팩 장착부의 외주면에 위치한 눌림 버튼; 및
    상기 눌림 버튼과 연결되고, 상기 외주면을 관통하여 장착 공간으로 노출된 일단부를 갖는 로드를 포함하고,
    배터리 팩의 장착 상태에서, 상기 눌림 버튼이 눌리면, 상기 로드의 일 단부는 걸림 부재를 홈의 바닥면 측으로 이동시키는, 교체형 배터리 모듈.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 로드에 의해 걸림 부재가 홈의 바닥면 측으로 이동된 이후, 상기 걸림 부재는 걸림 턱의 타 단부에서 일 단부로 통과 가능한 교체형 배터리 모듈.
  13. 제 1 항에 따른 교체형 배터리 모듈을 포함하는 전기차.
  14. 제 1 항에 따른 교체형 배터리 모듈을 포함하는 배터리 스왑 스테이션.
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