(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-10-04
(54)【発明の名称】交換式バッテリーモジュール
(51)【国際特許分類】
H01M 50/244 20210101AFI20240927BHJP
B62J 43/16 20200101ALI20240927BHJP
B62J 43/23 20200101ALI20240927BHJP
B60K 1/04 20190101ALI20240927BHJP
H01M 50/249 20210101ALI20240927BHJP
【FI】
H01M50/244 A
B62J43/16
B62J43/23
B60K1/04 A
H01M50/249
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024521864
(86)(22)【出願日】2023-04-21
(85)【翻訳文提出日】2024-04-10
(86)【国際出願番号】 KR2023005421
(87)【国際公開番号】W WO2023211059
(87)【国際公開日】2023-11-02
(31)【優先権主張番号】10-2022-0050507
(32)【優先日】2022-04-25
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】521065355
【氏名又は名称】エルジー エナジー ソリューション リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100188558
【氏名又は名称】飯田 雅人
(74)【代理人】
【識別番号】100110364
【氏名又は名称】実広 信哉
(72)【発明者】
【氏名】ミン・ヨン・ジュン
【テーマコード(参考)】
3D235
5H040
【Fターム(参考)】
3D235AA00
3D235BB16
3D235BB21
3D235CC15
3D235EE63
5H040AA03
5H040AA12
5H040AS07
5H040AY03
5H040CC12
5H040CC24
(57)【要約】
本発明の一態様に係る交換式バッテリーモジュールは、外周面に形成された溝および前記溝の底面と弾性連結された係止部材を含むバッテリーパックと、バッテリーパックが着脱可能に装着される装着空間および前記装着空間内に装着されたバッテリーパックの位置が固定されるように、前記係止部材と係止固定される係止段差が設けられるバッテリーパック装着部と、を含む。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
外周面に形成された溝および前記溝の底面と弾性連結された係止部材を含むバッテリーパックと、
前記バッテリーパックが着脱可能に装着される装着空間および前記装着空間内に装着されたバッテリーパックの位置が固定されるように、前記係止部材と係止固定される係止段差が設けられるバッテリーパック装着部と、
を含む交換式バッテリーモジュール。
【請求項2】
前記装着空間にバッテリーパックを装着するとき、前記係止部材は、前記係止段差の一端部から他端部を通過し、前記係止段差を通過した後に、前記係止段差の他端部と係止固定される請求項1に記載の交換式バッテリーモジュール。
【請求項3】
前記係止部材は、前記係止段差の一端部から他端部を通過するとき、前記係止段差から押されて前記溝の底面側に移動する請求項2に記載の交換式バッテリーモジュール。
【請求項4】
前記係止部材は、前記係止段差を通過した後に、前記係止段差から押された力が解除され、前記溝の底面から離れる方向に移動する請求項3に記載の交換式バッテリーモジュール。
【請求項5】
前記係止段差は、その一端部が前記バッテリーパックの装着方向に沿って厚さが増加するように設けられ、
前記係止部材は、前記係止段差の一端部に接触した状態で摺動移動しながら前記係止段差の一端部を通過する請求項1から4のいずれか一項に記載の交換式バッテリーモジュール。
【請求項6】
前記係止部材は、前記バッテリーパックの外側に露出した頭部と、
前記頭部と前記溝の底面とを連結するボディ部と、
前記ボディ部に装着されるスプリング部材と、
を含む請求項1に記載の交換式バッテリーモジュール。
【請求項7】
前記溝の底面は、前記ボディ部が貫通する貫通孔を有する請求項6に記載の交換式バッテリーモジュール。
【請求項8】
前記スプリング部材は、前記頭部が前記溝の底面側に移動するとき、圧縮されるように設けられる請求項6に記載の交換式バッテリーモジュール。
【請求項9】
前記係止部材は、前記貫通孔を貫通した前記ボディ部の一部と結合して前記溝から前記係止部材の離脱を防止する離脱防止部材を含む請求項7に記載の交換式バッテリーモジュール。
【請求項10】
前記バッテリーパック装着部は、前記装着空間から前記バッテリーパックを分離するときに、前記係止部材の係止結合を解除するための結合解除部を含む請求項1に記載の交換式バッテリーモジュール。
【請求項11】
前記結合解除部は、
前記バッテリーパック装着部の外周面に位置する押ボタンと、
前記押ボタンと連結され、前記外周面を貫通して前記装着空間に露出した一端部を有するロッドと、
を含み、
前記バッテリーパックの装着状態で前記押ボタンが押されると、前記ロッドの一端部は、前記係止部材を前記溝の底面側に移動させる請求項10に記載の交換式バッテリーモジュール。
【請求項12】
前記ロッドによって前記係止部材が前記溝の底面側に移動された後、前記係止部材は、前記係止段差の他端部から一端部に通過可能である請求項11に記載の交換式バッテリーモジュール。
【請求項13】
請求項1に記載の交換式バッテリーモジュールを含む電気自動車。
【請求項14】
請求項1に記載の交換式バッテリーモジュールを含むバッテリースワップステーション。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、交換式バッテリーモジュール、これを含む電気自動車、およびバッテリースワップ(swap)ステーションに関する。
【0002】
本出願は、2022年04月25日付の韓国特許出願第10-2022-0050507号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は、本明細書の一部として含まれる。
【背景技術】
【0003】
軽電気自動車LEV(Light Electric Vehicle)市場は、大都市の交通渋滞および駐車不足問題の解決策として提案されており、観光地、ゴルフカート、物流倉庫など様々な分野で使用が拡大している。
【0004】
バッテリーパックを備えた小型電気自動車は、駆動のためにバッテリー充電が必要であるが、バッテリー充電に長い時間がかかるという欠点がある。
【0005】
最近、バッテリー充電時間を短縮するために、バッテリー交換(swap)方式が考えられている。バッテリー交換方式とは、使用済みのバッテリーと完全充電されたバッテリーを交換する方式を意味し、バッテリー交換方式は、短時間内にバッテリー交換が可能であるため、電気自動車の運転者に利便性を提供し得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、簡単な結合構造によってバッテリーパックの交換を迅速に行い得る交換式バッテリーモジュール、これを含む電気自動車およびバッテリースワップステーションを提供することを解決しようとする課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
前記課題を解決するために、本発明の一態様に係る交換式バッテリーモジュールは、外周面に形成された溝および前記溝の底面と弾性連結された係止部材を含むバッテリーパックと、バッテリーパックが着脱可能に装着される装着空間および前記装着空間内に装着されたバッテリーパックの位置が固定されるように、前記係止部材と係止固定される係止段差が設けられるバッテリーパック装着部と、を含む。
【0008】
また、装着空間にバッテリーパックを装着するとき、前記係止部材は、係止段差の一端部から他端部を通過し、係止段差を通過した後に、係止段差の他端部と係止固定できる。
【0009】
また、前記係止部材は、係止段差の一端部から他端部を通過するとき、係止段差から押されて溝の底面側に移動する。
【0010】
また、前記係止部材は、係止段差を通過した後に、係止段差から押された力が解除され、溝の底面から離れる方向に移動する。
【0011】
また、前記係止段差は、一端部がバッテリーパックの装着方向に沿って厚さが増加するように設けられ、前記係止部材は、前記係止段差の一端部に接触した状態で摺動移動しながら一端部を通過するように設けられ得る。
【0012】
また、前記係止部材は、バッテリーパックの外側に露出した頭部と、前記頭部と溝の底面とを連結するボディ部と、前記ボディ部に装着されるスプリング部材と、を含み得る。
【0013】
また、前記溝の底面は、前記ボディ部が貫通する貫通孔を有する。
【0014】
また、前記スプリング部材は、頭部が溝の底面側に移動するとき、圧縮されるように設けられ得る。
【0015】
また、前記係止部材は、前記貫通孔を貫通したボディ部の一部と結合して溝から係止部材の離脱を防止する離脱防止部材を含み得る。
【0016】
また、前記バッテリーパック装着部は、装着空間からバッテリーパックを分離するときに、係止部材の係止結合を解除するための結合解除部を含み得る。
【0017】
また、前記結合解除部は、前記バッテリーパック装着部の外周面に位置する押ボタンと、前記押ボタンと連結され、前記外周面を貫通して装着空間に露出した一端部を有するロッドと、を含み得る。
【0018】
また、バッテリーパックの装着状態で前記押ボタンが押されると、前記ロッドの一端部は、係止部材を溝の底面側に移動させることができる。
【0019】
また、前記ロッドによって係止部材が溝の底面側に移動された後、前記係止部材は、係止段差の他端部から一端部に通過可能な状態となる。このとき、ユーザがバッテリーパックの装着方向と反対方向に外力を加えると、バッテリーパック装着部からバッテリーパックを分離することができる。
【0020】
また、本発明のまた他の一態様によると、前記交換式バッテリーモジュールを含む電気自動車が提供される。
【0021】
また、本発明のまた他の一態様によると、前記交換式バッテリーモジュールを含むバッテリースワップステーションが提供される。
【発明の効果】
【0022】
前述のように、本発明の少なくとも一態様に係る交換式バッテリーモジュール、これを含む電気自動車およびバッテリースワップステーションによれば、簡単な結合構造によってバッテリーパックの交換を迅速に行い得る。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【
図1】本発明の一実施形態に係る交換式バッテリーモジュールの断面図である。
【
図2】
図1に示した交換式バッテリーモジュールにおけるバッテリーパックの装着および分離過程を説明するための動作状態図である。
【
図3】
図1に示した交換式バッテリーモジュールにおけるバッテリーパックの装着および分離過程を説明するための動作状態図である。
【
図4】
図1に示した交換式バッテリーモジュールにおけるバッテリーパックの装着および分離過程を説明するための動作状態図である。
【
図8】本発明の一実施形態に係る電気自動車を概略的に示す構成図である。
【
図9】本発明の一実施形態に係るバッテリースワップステーションを概略的に示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0024】
以下、本発明の一実施形態に係る交換式バッテリーモジュール、これを含む電気自動車およびバッテリースワップステーションについて図面を参照して詳細に説明する。
【0025】
なお、図面符号にかかわらず、同一または対応する構成要素は、同一または類似の参照番号を付し、これについての重複説明は、省略するものとし、説明の便宜のために示された各構成部材の大きさおよび形状は、誇張または縮小し得る。
【0026】
図1は、本発明の一実施形態に係る交換式バッテリーモジュールの断面図であり、
図2~
図4は、
図1に示した交換式バッテリーモジュールにおけるバッテリーパックの装着および分離過程を説明するための動作状態図である。
【0027】
具体的には、
図2は、バッテリーパックの装着過程を説明するための動作状態図であり、
図3は、バッテリーパックの装着完了の状態を説明するための動作状態図であり、
図4は、バッテリーパックの分離過程を説明するための動作状態図である。
【0028】
本発明の一実施形態は、交換式バッテリーモジュールに関する。また、本発明の一実施形態に係る電気自動車は、前記交換式バッテリーモジュールを含む。また、本発明の一実施形態に係るバッテリースワップステーションは、前記交換式バッテリーモジュールを含む。具体的には、前記交換式バッテリーモジュールは、軽電気自動車(LEV:Light Electronic Vehicle)またはバッテリースワップステーション(または「バッテリー充電所」とも呼ばれる)に適用できる。
【0029】
図1を参照すると、本発明の一実施形態に係る交換式バッテリーモジュールは、バッテリーパック100と、バッテリーパック装着部200と、を含む。前記バッテリーパック装着部200は、電気自動車に設けられるか、またはバッテリー充電所に設けられ得る。
【0030】
前記交換式バッテリーモジュールは、前記外周面102に形成された溝110および前記溝110の底面111と弾性連結された係止部材120を含むバッテリーパック100と、バッテリーパック100が着脱可能に装着される装着空間210および前記装着空間210内に装着されたバッテリーパック100の位置が固定されるように、前記係止部材120と係止固定される係止段差220が設けられるバッテリーパック装着部200と、を含む。
【0031】
前記バッテリーパック100は、ケース101と、ケース101の内部に収容される複数の二次電池セルEと、を含み得る。バッテリーパック100の外周面は、ケース101の外周面102を意味する。
【0032】
また、前記バッテリーパック100は、バッテリーパック装着部200内の装着空間210に装着された状態でバッテリーパック装着部200と電気的に接続され得る。バッテリーパック100とバッテリーパック装着部200とが互いに電気的に接続されることによって、バッテリー充電所からバッテリーパック100に電源が供給され、バッテリーパックの充電が行われ得る。また、バッテリーパック100から電気自動車の駆動源である電気モータに電源が供給され得る。
【0033】
具体的には、前記バッテリーパック100は、外周面102に形成される溝110と、前記溝110の底面111と弾性連結される係止部材120と、を含む。前記係止部材120は、溝110の底面111と弾性連結されることによって、溝110の底面111側に押されて移動するか、または元の位置に復帰できるように設けられる。
【0034】
前記係止部材120は、外力によって溝の底面111側に押されて移動し、外力が解除されると、溝の底面111から離れる方向に移動して元の位置に復帰する。前記外力は、以下に説明する係止段差220との接触によって発生し得る。このとき、係止部材120が溝110の底面111側に移動する方向を第1方向h1と呼び、係止部材120が溝110の底面111から離れる方向を第2方向h2と呼ぶ。このとき、第1方向h1と第2方向h2とは、互いに反対方向である。
【0035】
また、前記バッテリーパック100は、前端部100aの幅W1と後端部100bの幅W2の幅とが互いに異なり得る。前記バッテリーパック100の前端部100aは、装着空間に挿入時に、装着空間210に先に入る部分であり、前端部100aとは反対方向の領域を後端部100bという。
【0036】
図1を参照すると、前記バッテリーパック100は、装着空間210に進入しやすいように、前端部100aの幅W1は、後端部100bの幅W2に比べて相対的に狭く形成され得る。また、前記バッテリーパック100は、後端部100b側にハンドル130が設けられ得る。
【0037】
前記バッテリーパック装着部200は、バッテリーパック100が着脱可能に装着される装着空間210と、装着空間210内に装着されたバッテリーパック100の位置が固定されるように、前記係止部材120と係止固定される係止段差220と、を含む。
【0038】
図2を参照すると、バッテリーパック100の装着時に、前記係止部材120は、係止段差220の一端部220aから他端部220bを通過し、通過完了時に係止段差220の他端部220bと係止固定できる。
【0039】
係止固定状態において、前記係止部材120は、係止段差220の他端部220bと少なくとも一部が接触し得る。前記係止段差220の一端部220aは、バッテリーパック100が装着空間に進入する入口と隣接して位置する。
【0040】
前記係止段差220は、一端部220aがバッテリーパックの装着方向Mに沿って厚さtが増加するように設けられ得る。このとき、前記係止部材120は、バッテリーパックの装着方向Mに沿って前記係止段差220の一端部220aと接触した状態で摺動移動しながら一端部220aを通過することができる。
【0041】
また、前記係止部材120は、係止段差220の一端部220aから他端部220bを通過するとき、係止段差220から押されて溝の底面111側に移動することができる。
【0042】
すなわち、バッテリーパック100の装着方向Mに沿って装着空間210に進入すると、係止部材120は、係止段差220によって第1方向h1に移動し、前記係止部材120は、係止段差220の厚さtだけ徐々に溝110の底面111に近づく方向に移動することができる。
【0043】
また、前記係止部材120は、係止段差220の一端部220aから他端部220bに通過完了すると、係止段差220から押される力が解除され、元の位置に弾性復帰できる。前記係止部材120は、元の位置に弾性復帰することによって、係止段差220の他端部220bと少なくとも一部が接触し得る。前記接触した部分が係止固定の役割をする。
【0044】
また、前記係止段差220の一端部220aは、傾斜面を有し、前記係止部材120は、前記傾斜面の傾斜に沿って摺動移動しながら係止段差220を通過することができる。前記係止部材120は、傾斜面との摩擦を最小化するために傾斜面と接触する部分をラウンド処理することができる。
【0045】
図5~
図7は、係止部材120を詳細に示す図である。
【0046】
前記係止部材120は、係止段差220と係止固定できるようにバッテリーパック100の外側に露出した頭部121と、前記頭部121と溝110の底面111とを連結するボディ部122と、前記ボディ部122に装着されるスプリング部材123と、を含み得る。このとき、前記スプリング部材123は、頭部121が溝110の底面111側に移動するときに圧縮されるように設けられ得る。すなわち、外力によって頭部121が第1方向h1に移動するとき、スプリング部材123は圧縮される。逆に、外力が解除されると、スプリング部材123が弾性復元しながら頭部121が第2方向h2に移動する。
【0047】
前記頭部121は、略直方体形状を有し得、角の部分がラウンド状に形成され得る。前記頭部121は、実質的に係止段差220の一端部220aの傾斜面に沿って摺動移動し、係止段差220の他端部220bと係止固定される部分である。
【0048】
また、前記ボディ部122は、棒状であり得、頭部121の中心部と連結され得る。前記スプリング部材123は、内部にボディ部122が貫通するように、前記ボディ部122を囲むように設けられ得る。前記スプリング部材123は、頭部121が押されて移動した後に元の位置に弾性復帰する復元力を提供し得る。一例として、前記スプリング部材123は、コイルスプリングであり得る。また、前記溝110には、頭部121の移動を案内するレール部が設けられ得る。
【0049】
図5~
図7を参照すると、前記溝110の底面111は、前記ボディ部122が貫通する貫通孔112を有し得る。前記貫通孔112は、溝110の底面111の中央部に位置し得る。
【0050】
また、前記係止部材120は、前記貫通孔112を貫通したボディ部122の一部と結合して溝110から係止部材120の離脱を防止する離脱防止部材400を含み得る。
【0051】
前記離脱防止部材400は、クリップ部材、例えば、C型クリップであり得る。前記貫通孔112を貫通したボディ部122は、前記クリップ部材が嵌合するためのクリップ溝124を有し得る。
【0052】
前記貫通孔112は、ケース101の外周面102と内周面103を貫通し、前記離脱防止部材400は、内周面103に配置される。前記ケース101の内周面103は、装着空間210を囲むことになる。
【0053】
また、前記バッテリーパック装着部200は、装着空間でバッテリーパック100を分離するとき、係止部材120の係止結合を解除するための結合解除部230を含み得る。
【0054】
図2~
図4を参照すると、前記結合解除部230は、前記バッテリーパック装着部200の外周面201に位置する押ボタン231と、前記押ボタン231と連結され、外周面201を貫通して装着空間210に露出した一端部を有するロッド232と、を含む。前記バッテリーパック装着部200の外周面201には、陥没部202が形成され、前記押ボタン231は、陥没部202内に配置され得る。また、ロッド232は、陥没部202を貫通して装着空間210内に延長される。
【0055】
図4を参照すると、バッテリーパック100が装着空間210内に装着された状態でバッテリーパック装着部200の外部から前記押ボタン231が押されると、前記ロッド232の一端部は、係止部材120を溝110の底面111側に移動させる。係止部材120が第1方向h1に移動することによって、係止部材120と係止段差220との係止結合が解除される。
【0056】
バッテリーパック100の装着状態で前記押ボタン231が押されると、前記ロッド232の一端部は、係止部材120を溝110の底面111側に移動させる。また、前記ロッド232によって係止部材120が溝110の底面111側に移動した後、前記係止部材120は、係止段差220の他端部220bから一端部220aに通過可能となる。
【0057】
また、前記結合解除部230は、前記ロッド232に装着されるスプリング部材233を含み得る。前記スプリング部材233は、内部にロッド232が貫通するように前記ロッド232を囲む状態で装着され得る。前記スプリング部材233は、押ボタン231が押された後に元の位置に弾性復帰する復元力を提供し得る。
【0058】
図3および
図4を参照すると、外力によって押ボタン231が押されると、ロッド232が第1方向h1に移動するとき、スプリング部材233は圧縮される。逆に、押ボタンに加えられる外力が解除されると、スプリング部材233が弾性復元しながら、ロッド232が第2方向h2に移動する。一例として、押ボタン231が押される方向Pは、第1方向h1と同じ方向であり得る。
【0059】
本発明の一実施形態による交換式バッテリーモジュールは、バッテリーパック装着部と結合するカバー(図示せず)をさらに含み得る。前記カバーは、バッテリーパック装着部200の装着空間210が密閉されるように、前記バッテリーパック装着部200と結合される。前記カバーは、装着されたバッテリーパック100の離脱防止および外部衝撃によって損傷されないようにバッテリーパック100を保護する役割をする。
【0060】
図8は、本発明の一実施形態に係る電気自動車500を概略的に示す構成図であり、
図9は、本発明の一実施形態に係るバッテリースワップステーション600を概略的に示す構成図である。
【0061】
図8を参照すると、本発明の一実施形態は、前述の交換式バッテリーモジュールを含む電気自動車500であり得る。前記電気自動車500は、バッテリーパック装着部200を含み、前記バッテリーパック装着部200にバッテリーパックが着脱可能に装着され得る。前記電気自動車500は、交換式バッテリーモジュールが装着可能であれば、その種類は、特に限定されず、小型、中型または大型の電気自動車であり得、好ましくは、小型の電気自動車であり得る。小型電気自動車としては、例えば、電動スクーター、電動自転車、またはキックボードなどが挙げられる。前述の交換式バッテリーモジュールを含む電気自動車は、古いバッテリーパックを新しいバッテリーパックに交換するときに、交換時間が短縮されるという利点を有する。
【0062】
図9を参照すると、本発明の一実施形態は、前述の交換式バッテリーモジュールを含むバッテリースワップステーション600に関する。前記バッテリースワップステーション600は、バッテリーパック装着部200を介してバッテリーパックに電源を供給してバッテリーパックを充電することができる。前述の交換式バッテリーモジュールを含むバッテリースワップステーションは、古いバッテリーパックを装着するか、または充電が完了したバッテリーパックを分離するときに消耗される交換時間を短縮するという利点を有する。
【0063】
前述した本発明の好ましい一実施形態は、例示の目的のために開示されたものであり、本発明に関する通常の知識を有する当業者であれば、本発明の思想および範囲内で様々な修正、変更、付加が可能であり、このような修正、変更および付加は、下記の特許請求の範囲に属するものとみなすべきである。
【産業上の利用可能性】
【0064】
本発明の一実施形態に係る交換式バッテリーモジュール、これを含む電気自動車、およびバッテリースワップステーションによると、簡単な結合構造によってバッテリーパックの交換を迅速に行い得る。
【符号の説明】
【0065】
100 バッテリーパック
200 バッテリーパック装着部
【国際調査報告】