KR100549907B1 - 전원장치 - Google Patents

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KR100549907B1
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오다다카시
호리우치다쓰히토
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산요덴키가부시키가이샤
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Abstract

전원장치는, 복수개의 전원모듈과, 전원모듈을 복수의 행렬로 평행하게 나열하여 수납하고 있는 홀더케이스와, 팬을 구비한다. 홀더케이스는 격벽에서 내부를 복수열의 구획실로 구획하고 있다. 격벽은 전원모듈과의 대향면을 전원모듈의 표면에 따른 형상으로 하여 일정 간격의 송풍냉각덕트를 설치하고 있다. 홀더케이스는 제 1 표면플레이트에 유입구를, 제 2 표면플레이트에 배기구를 개구하고 있다. 전원장치는 팬으로서, 유입구로부터 복수열의 구획실로 분류하여 공기를 유입시켜, 송풍냉각덕트를 통과한 공기를 배기구로부터 배기하여 구획실에 수납되어 있는 전원모듈을 냉각하고 있다.

Description

전원장치{Power Supply Apparatus}
도 1은 종래의 전원장치의 단면도,
도 2는 종래의 다른 전원장치의 단면도,
도 3은 본 발명의 실시예인 전원장치의 단면사시도.
도 4는 도 3에 나타낸 전원장치에 내장되는 전원모듈의 측면도,
도 5는 도 4에 나타낸 전원모듈의 분해단면도,
도 6은 도 3에 나타낸 전원장치의 A-A선 단면도,
도 7은 본 발명의 다른 실시예인 전원장치의 단면도,
도 8은 본 발명의 다른 실시예인 전원장치의 단면도,
도 9는 본 발명의 다른 실시예인 전원장치의 단면도,
도 10은 본 발명의 다른 실시예인 전원장치의 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 전원모듈 1A : 전원모듈 표면
2 : 홀더케이스 2A : 덮개케이스
2B : 중간케이스 2a : 제 1 표면플레이트
2b : 제 2 표면플레이트 3 : 격벽
3A : 양측부 3B : 중앙부
3a : 대향면 4 : 구획실
4A : 상류 구획실 4B : 하류 구획실
5 : 전극단자 5A : 양극단자
5B : 음극단자 6 : 이차전지
6A : 외장캔 7 : 접시형상 접속체
7A : 원판부 7B : 플랜지부
7a : 돌출부 8 : 절연체
9 : 팬 10 : 유지볼록부
13 : 유입구 14 : 배기구
15 : 유입덕트 16 : 배출덕트
17 : 송풍냉각덕트 18 : 공기저류실
19 : 바이패스통로 21 : 전원모듈
22 : 홀더케이스 23 : 유입구
24 : 배출구 25 : 냉각조정핀
본 발명은, 주로 하이브리드자동차나 전기자동차 등의 자동차를 구동시키는 모터의 전원용으로서 사용되는 대전류(大電流) 용의 전원장치에 관한 것이다.
자동차주행용 모터를 구동하는 전원에 사용되는 대전류, 대출력용 전원장치는, 복수의 전지를 직렬로 연결한 전원모듈을 더욱 직렬로 접속하여 출력전압을 높이고 있다. 구동모터의 출력을 크게 하기 위해서이다. 이 종류의 용도로 사용되는 전원장치는, 매우 큰 전류가 흐른다. 예를 들면 하이브리드자동차 등에서는, 스타트할 때나 가속할 때에, 전지의 출력으로 자동차를 가속하기 때문에, 100A 이상으로 매우 큰 전류가 흐른다. 또한 단 시간에 급속히 충전시킬 때에도 큰 전류가 흐른다.
큰 전류를 흐르게 하여 사용하는 전원장치는, 전지의 온도가 상승했을 때에, 강제적으로 냉각시킬 필요가 있다. 특히 다수의 전원모듈을, 종횡의 행과 열로 나열하여 홀더케이스에 넣어 두는 전원장치는, 각각의 전원모듈을 균등하게 냉각하는 것이 중요하다. 냉각되는 전지의 온도가 불균일하면, 온도가 높아지는 전지의 성능이 떨어지기 때문이다.
홀더케이스에 복수의 전원모듈을 수납하여, 각각의 전원모듈을 보다 균등하게 냉각하는 구조는, 예를 들면 일본국 특개평 10-270095호 공보와 일본국 특개평 11-329518호 공보에 기재되어 있다. 전자의 공보에 기재된 전원장치는, 도 1의 단면도에 나타낸 바와 같이, 홀더케이스(122)의 하부를 공기의 유입구(123)로 하고 상부를 배출구(124)로 하며, 하부의 유입구(123)로부터 상부의 배출구(124)로 공기를 흐르게 하여, 내부에 수납되어 있는 전원모듈(121)을 냉각한다. 홀더케이스 (122)의 내부에는, 전원모듈(121)의 표면으로 흐르는 공기의 유속을 조정하기 위한 냉각조정핀(125)을 배설하고 있다.
이 구조의 홀더케이스(122)는, 상부에 배설되는 전원모듈(121)의 표면을 흐르는 공기의 유속을, 하부의 전원모듈(121)의 표면을 흐르는 공기의 유속보다 빠르게 하고 있다. 상부와 하부의 전원모듈(121)의 표면을 흐르는 공기의 유속을 같게 하면, 하부의 전원모듈(121)의 표면을 통과하는 공기온도가 낮기 때문에, 하부의 전원모듈(121)이 상부보다 효과적으로 냉각되어, 상부와 하부에서 전원모듈(121)에 온도차가 생기기 때문이다.
냉각조정핀(125)은, 상부의 전원모듈(121)의 표면의 공기의 유속을 하부보다 빠르게 하기 위해서, 냉각조정핀(125)과 전원모듈(121) 사이의 공기의 흐름간극이, 위쪽을 향해 점차 좁아지도록 하고 있다. 흐름간극이 좁아지면, 공기의 유속은 빨라지기 때문이다.
이 구조의 전원장치는, 하부의 전원모듈을 차가운 공기로 냉각하고, 상부의 전원모듈을 빠른 유속으로 냉각하여, 상하의 전원모듈을 보다 균일한 환경에서 냉각한다. 그러나 이 구조에서는, 상하의 전원모듈을 균일한 조건으로 냉각하는 것이 매우 어렵다. 그것은 하부의 전원모듈을 냉각하는 공기온도가 낮고 상부의 전원모듈을 냉각하는 공기온도가 높아지기 때문이다. 고온의 공기로 냉각되는 상부의 전원모듈은, 표면을 흐르는 공기의 유속을 빠르게 하여도, 하부의 전원모듈과 같이 효율적으로 냉각하는 것이 어렵다. 이 때문에, 공기 유입구의 근방에 배설되는 전원모듈은 효율적으로 냉각되지만, 공기의 배출구의 근방에 배설되는 전원모듈을 효율적으로 냉각하는 것이 어렵고, 홀더케이스에 수납되어 있는 전원모듈에 온도차가 생기는 결점이 있다. 배출구의 근방에 있어서, 효율적으로 냉각하는 것이 매우 어 려운 전원모듈은, 고온으로 되어 열화(劣化)하기 쉬운 폐해가 있다.
또한, 후자의 공보에 기재된 전원장치는, 도 2의 단면도에 나타낸 바와 같이, 홀더케이스(222)의 중간에서 냉각용 공기를 유입시킨다. 홀더케이스(222)의 중간으로 유입되는 공기는, 공기의 출구 근방에 차가운 공기를 공급하여, 홀더케이스 (222)의 내부 온도를 균일하게 한다. 이 구조는, 홀더케이스 내부의 온도차를 적게 할 수 있지만, 도중에 흡입되는 공기에 의해서, 홀더케이스 내를 흐르는 공기의 유속이 떨어져 버린다. 전원모듈(221)을 효율적으로 냉각시키기 위해서는, 냉각되는 공기의 온도를 낮게 하는 것도 중요하지만, 전원모듈(221)의 표면을 흐르는 공기의 유속을 빠르게 하는 것도 중요하다. 공기온도가 떨어지더라도, 유속이 느려지면 전원모듈 표면에 직접 접촉하고 있는 부분의 공기온도가 높아진다. 전원모듈(221)의 표면에 직접 접촉하고 있는 공기로 냉각되기 때문에, 이 부분의 공기온도가 높아지면 효율적으로 냉각할 수 없게 된다.
본 발명은, 이러한 종래의 전원장치의 결점을 해결하는 것을 목적으로 개발된 것이다. 본 발명의 중요한 목적은, 홀더케이스에 수납되어 있는 복수의 전원모듈 전체를 보다 균일하게 냉각하여, 온도차에 기인한 전지성능의 저하를 효율적으로 방지할 수 있는 전원장치를 제공하는 데에 있다.
본 발명의 상술한 목적 및 특징은 첨부된 도면과 이하의 상세한 설명에 의해 더욱 명백해 질 것이다.
본 발명의 전원장치는, 복수개의 전원모듈과, 이 전원모듈을 내부에 복수의 열로 평행하게 나열하여 수납하고, 또한 내부를 통과하는 공기로 전원모듈을 냉각하는 홀더케이스와, 홀더케이스에 공기를 강제적으로 공급 또는 흡인하여 송풍하는 팬을 구비한다. 홀더케이스는 양면에 대향하여, 제 1 표면플레이트와 제 2 표면플레이트를 가진 상자형태로서, 제 1 표면플레이트와 제 2 표면플레이트의 표면을 따라 복수열로 복수의 전원모듈을 가로로 나열하여 배설하고 있다. 또한 홀더케이스는, 가로로 나열하여 수납하고 있는 복수열의 전원모듈의 사이에 격벽을 설치하고 있다. 격벽은 제 1 표면플레이트와 제 2 표면플레이트의 사이에 설치하고 있다. 홀더케이스는 이 격벽으로 내부를 복수열의 구획실로 구획하여, 각각의 열의 구획실에 전원모듈을 배설하고 있다. 격벽은 전원모듈과의 대향면을 전원모듈의 표면에 따른 형상으로 하여, 전원모듈 표면과 격벽의 대향면 사이에 일정한 간격의 송풍냉각덕트를 설치하고 있으며, 이 송풍냉각덕트로서, 구획실로 송풍되는 공기를 전원모듈의 표면을 따라 흐르도록 하고 있다. 또한 홀더케이스는, 제 1 표면플레이트를 관통하여, 복수열의 구획실의 송풍냉각덕트로 분류하여 공기를 유입시키는 유입구를 개구하고 있으며, 또한 제 2 표면플레이트를 관통하여, 복수열의 구획실의 송풍냉각덕트를 통과한 공기를 외부로 배출하는 배기구를 개구하고 있다. 전원장치는, 팬으로서, 제 1 표면플레이트의 유입구로부터 복수열의 구획실로 분류하여 공기를 유입시켜, 송풍냉각덕트에 공기를 통과시켜 전원모듈을 냉각하고 냉각된 공기를 제 2 표면플레이트의 배기구로부터 배기하여, 복수열의 구획실에 수납하고 있는 전원모듈을 냉각하고 있다.
이 구조의 전원장치는, 홀더케이스에 수납하고 있는 복수의 전원모듈전체를 보다 균일하게 냉각하여, 온도차에 기인한 전지성능의 저하를 효율적으로 방지할 수 있는 특징이 있다. 그것은 본 발명의 전원장치가, 홀더케이스의 내부를 격벽으로 복수열의 구획실로 구획하여 각각의 열의 구획실에 전원모듈을 배설하고 있으며, 격벽을 전원모듈의 표면에 따른 형상으로서 일정간격의 송풍냉각덕트를 설치하여 구획실로 송풍되는 공기를, 이 송풍냉각덕트로서 전원모듈의 표면을 따라 흐르도록 하고 있기 때문이다. 이 구조의 전원장치는, 송풍냉각덕트를 일정한 간격으로 하고 있기 때문에, 홀더케이스 내부를 흐르는 공기의 유속을 저하시키지 않고 전원모듈을 효율적으로 냉각할 수 있다. 또한, 이 전원장치는, 송풍냉각덕트를 전원모듈 표면에 따른 형상으로 하고 있기 때문에, 이곳을 통과하는 공기를 전원모듈의 표면전체에 직접 접촉시켜, 매우 효율적으로 더욱 균일하게 냉각할 수 있다.
본 발명의 전원장치는, 송풍냉각덕트의 간격을, 전원모듈의 전체 둘레에 있어서 대략 일정하게 할 수 있다. 또한 본 발명의 전원장치는, 바람직하게는, 복수개의 전원모듈을 복수의 행과 복수의 열로 평행하게 나열하여 홀더케이스에 수납한다.
또한, 본 발명의 전원장치는, 홀더케이스에 2행으로 나열하여 복수의 전원모듈을 수납하고, 제 1 표면플레이트 측에 배설되어 있는 제 1 행의 상류 구획실에 적어도 하나의 공기저류실을 마련할 수 있다. 이 전원장치는, 하류 구획실의 송풍냉각덕트의 간격을 전원모듈의 대략 전체 둘레에 있어서 대략 일정하게 하고, 상류 구획실의 송풍냉각덕트의 간격을, 하류 구획실의 송풍냉각덕트의 간격보다 넓게 하 여 적어도 하나의 공기저류실을 마련할 수 있다. 상류 구획실은, 송풍냉각덕트의 간격을, 전원모듈의 전체 둘레의 대략 반에 있어서 대략 일정하게 하고, 나머지 대략 반에 있어서 넓게 하여 공기저류실을 마련할 수 있다. 공기저류실은, 상류 구획실의 하류쪽에 설치할 수 있다. 또한 상류 구획실은, 전원모듈의 거의 전체 둘레에 있어서 복수의 공기저류실을 마련할 수도 있다. 상류 구획실은, 단면형상을 사각형으로 하여, 네 모서리의 코너부에 공기저류실을 형성할 수 있다. 또한 상류 구획실은, 상류쪽과 하류쪽의 사이에 있는 송풍냉각덕트의 간격을, 하류 구획실의 송풍냉각덕트의 간격과 같게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 전원장치는, 홀더케이스에 2행으로 나열하여 복수의 전원모듈을 수납하고, 제 1 표면플레이트 측에 배설되어 있는 제 1 행의 상류 구획실로부터 제 2 표면플레이트 측에 배설되어 있는 제 2 행의 하류 구획실로 공기를 유입시키기 위한 바이패스통로를 설치할 수도 있다.
또한, 본 발명의 전원장치는, 홀더케이스에 복수행으로 나열하여 복수의 전원모듈을 수납하고, 인접하는 행에 복수의 전원모듈을 현격한 차이로 배열할 수도 있다.
격벽은, 바람직하게는, 전원모듈과의 대향면에 유지볼록부를 돌출하여 설치하고, 이 유지볼록부의 선단을 전원모듈 표면에 접촉하여, 전원모듈을 구획실 내에 유지한다.
전원모듈과 구획실은, 바람직하게는 원주형상으로, 전원모듈을 구획실의 중심에 배설하여, 일정한 간격의 송풍냉각덕트를 설치할 수 있다.
[실시형태]
도 3에 나타낸 전원장치는, 복수개의 전원모듈(1)과, 이 전원모듈(1)을 내장하고 있는 홀더케이스(2)와, 홀더케이스(2)의 전원모듈(1)을 냉각하는 팬(9)을 구비한다. 홀더케이스(2)는, 전원모듈(1)을 내부에 복수의 행렬로 평행하게 나열하여 수납하고 있으며, 내부를 통과하는 공기로 전원모듈(1)을 냉각하도록 하고 있다.
전원모듈(1)은, 복수의 이차전지, 혹은 정전용량이 큰 슈퍼 캐패시터를 직선형태로 접속한 것으로서, 전원모듈(1)은 예를 들면 6개의 이차전지(6)를 직선형태로서 직렬로 연결하고 있다. 슈퍼 캐패시터를 사용하는 전원모듈은, 복수의 슈퍼 캐패시터를 병렬 또는 직렬로 접속하고 있다. 단 전원모듈은, 하나의 이차전지나 슈퍼 캐패시터로 구성할 수도 있다. 도 4에 나타낸 전원모듈(1)은, 원통형의 이차전지(6)를 접시형상 접속체(7)로 직선형태로 연결하고 있다. 전원모듈(1)의 양 끝단에는, 양극단자(5A)와 음극단자(5B)로 이루어지는 전극단자(5)를 연결하고 있다.
접시형상 접속체(7)가 이차전지(6)를 직선형태로 연결하는 구조를, 도 4와 도 5에 나타내고 있다. 이 구조의 전원모듈(1)은 접시형상 접속체(7)의 원판부(7A)를, 원통형의 이차전지(6)의 양극에 용접하여 접속하고 있다. 접시형상 접속체(7)의 원판부(7A)는, 이차전지(6)의 양극에 용접하는 돌출부(7a)가 형성되어 있다. 접시형상 접속체(7)의 돌출부(7a)가 양극에 용접될 때, 돌출부(7a)의 표면에 용접용 전극막대가 가압된다. 접시형상 접속체(7)와 이차전지(6)의 쇼트를 저지하기 위해서 접시형상 접속체(7)와 이차전지(6)의 사이에, 링형상으로 절연체(8)가 끼워져 장착된다.
또한, 접시형상 접속체(7)는, 플랜지부(7B)의 안쪽에 이차전지(6)를 삽입하여, 플랜지부(7B)를 이차전지(6)의 음극인 외장캔(6A)에 용접한다. 플랜지부(7B)도, 원판부(7A)와 마찬가지로, 내면에 설치한 돌출부(7a)를 외장캔(6A)에 용접한다. 이 때 플랜지부(7B)에는, 돌출부(7a)의 바깥쪽에 용접용 전극막대가 눌러 넣어진다.
직렬로 연결되는 이차전지는, 도시하지 않았으나, 접시형상 접속체를 사용하지 않고, U자형으로 구부린 리드판의 대향면을 서로 용접하여 연결할 수도 있다. 이 전원모듈은, 이차전지를 방전시키는 방향으로, 대전류를 펄스통전하여, U자형으로 구부린 리드판의 대향면을 용착한다. 또한 전원모듈은, 이차전지의 플러스 마이너스 전극 사이에 금속판을 끼워 장착한 상태에서, 이차전지를 방전시키는 방향으로 대전류 펄스통전 처리하여, 금속판을 이차전지의 전극에 용착할 수도 있다.
그리고 또한, 이차전지의 사이에 금속판을 끼워 지지하지 않고 이차전지의 플러스 마이너스 전극을 직접 용착할 수도 있다. 이 이차전지는, 양극단자인 밀봉판의 상부표면에 원추형의 돌기를 형성하고, 이 돌기에 인접하는 이차전지의 음극단자에 대전류를 펄스통전하여 용접한다.
복수의 이차전지(6)가 서로 직렬로 연결된 전원모듈(1)은, 이차전지(6)의 양극측에 양극단자(5A)를 접속하고, 음극측에는 음극단자(5B)를 접속한다.
전원모듈(1)의 이차전지(6)는, 니켈-수소전지이다. 단 전원모듈(1)의 이차전지(6)는, 니켈-카드뮴전지나 리튬이차전지 등을 사용할 수도 있다.
전원모듈은, 도시하지 않았으나, 각 이차전지의 표면에 온도센서를 고정하고 있다. 온도센서는 전지온도를 검출할 수 있는 소자이다. 이 온도센서에는, 바람직하게는 전지온도로 전기저항이 변화하는 것으로 PTC가 사용된다. 각 이차전지의 표면에 고정되는 온도센서는, 센서리드를 통해 직렬로, 직선형태로 연결되어, 전원모듈의 표면에 세로방향으로 연장하여 고정된다. 온도센서와 센서리드 표면을 피복하는 열수축튜브 등으로 이차전지의 표면에 고정된다.
홀더케이스(2)는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 양면에 대향하여, 제 1 표면플레이트(2a)와 제 2 표면플레이트(2b)를 가진 상자형태로서, 제 1 표면플레이트(2a)와 제 2 표면플레이트(2b)와 평행한 면 내에, 복수의 행렬로 전원모듈(1)을 나열하여 배설하고 있다. 도면의 홀더케이스(2)는, 내부에 2행 8열로 전원모듈(1)을 수납하고 있다. 단 본 발명의 전원장치는, 도시하지 않았으나, 홀더케이스의 내부에 배설되는 복수의 전원모듈을, 1행으로 나열하여 수납할 수도 있고, 혹은 3행 이상으로 나열하여 수납할 수도 있다. 복수의 전원모듈을 1행으로 나열하여 배설하는 전원장치는, 각 열의 전원모듈을 효율적으로 냉각할 수 있는 특징이 있다. 또한 복수의 전원모듈을 3행 이상으로 나열하여 배설하는 전원장치는, 다수의 전원모듈을 콤팩트하게 수납할 수 있는 특징이 있다.
홀더케이스(2)는, 상하의 덮개케이스(2A)와, 덮개케이스(2A)의 사이에 배설되는 중간케이스(2B)를 구비한다. 덮개케이스(2A)는, 제 1 표면플레이트(2a)를 일체로 성형하고 있는 제 1 덮개케이스와, 제 2 표면플레이트(2b)를 일체로 성형하고 있는 제 2 덮개케이스로 이루어진다. 덮개케이스(2A)와 중간케이스(2B)는, 전체를 플라스틱으로 성형하여 이것 등을 조립하여 홀더케이스(2)로 하고 있다.
또한, 홀더케이스(2)는, 8열로 나열하여 수납하고 있는 전원모듈(1)의 사이에 격벽(3)을 설치하고 있다. 격벽(3)은, 제 1 표면플레이트(2a)와 제 2 표면플레이트(2b)까지 연장되며, 내부를 복수의 구획실(4)로 구획하고 있다. 도면에 나타낸 홀더케이스(2)는, 격벽(3)을, 상하의 덮개케이스(2A)에 일체로 성형되어 있는 양측부(3A)와 중간케이스(2B)에 일체로 성형되어 있는 중앙부(3B)의 3영역으로 분할하고, 그 경계를 빈틈없이 접촉하고 있다. 이 구조의 격벽(3)은, 양측부(3A)를, 제 1 표면플레이트(2a)와 제 2 표면플레이트(2b)에 연결한 구조가 된다. 단 도시하지 않았으나, 격벽의 전체를 덮개케이스에 일체로 성형하거나, 혹은 중간케이스에 일체로 성형할 수도 있다. 중간케이스에 전체를 일체로 성형하고 있는 격벽은, 그 양측가장자리를 제 1 표면플레이트와 제 2 표면플레이트의 내면에 접촉하는 위치까지 연장하여, 공기가 누설되지 않도록 제 1 표면플레이트와 제 2 표면플레이트에 밀착시킨다.
각각의 구획실(4)에는, 전원모듈(1)이 배설된다. 도면의 홀더케이스(2)는, 각각의 구획실(4)에 2행으로 전원모듈(1)을 수납하고 있다. 전원모듈(1)을 구획실 (4)의 정위치에 배설하기 위해서, 도 6에 나타낸 바와 같이, 구획실(4)의 내면으로 돌출시키고, 유지볼록부(10)를 일체로 성형하고 있다. 유지볼록부(10)는, 덮개케이스(2A)와 중간케이스(2B)에 일체로 성형하여 설치되고, 덮개케이스(2A)와 중간케이스(2B)의 유지볼록부(10)로 전원모듈(1)을 끼워 장착하여 정위치에 유지한다. 전원모듈(1)은, 구획실(4)의 내면과의 사이에, 공기가 통과할 수 있는 빈틈이 생기도록, 유지볼록부(10)에 유지된다. 유지볼록부(10)는, 전원모듈(1)에 대하여 가로방 향으로 연장하여 설치된다.
각각의 구획실(4)에 배설되는 전원모듈(1)을 균일하게 냉각하기 위해서, 격벽(3)은 전원모듈(1)과의 대향면(3a)을 전원모듈(1)의 표면을 따른 형상으로 하고, 전원모듈 표면(1A)과 격벽(3)의 대향면(3a)의 사이에 일정한 간격의 송풍냉각덕트 (17)를 설치하고 있다. 도 3에 나타낸 구획실(4)은, 송풍냉각덕트(17)의 간격을, 전원모듈(1)의 전체 둘레에 있어서 대략 일정하게 하고 있다. 이 도면의 전원장치는, 전원모듈(1)과 구획실(4)을 원주형상으로 하여, 전원모듈(1)을 구획실(4)의 중심에 배설하고, 일정한 간격의 송풍냉각덕트(17)를 설치하고 있다. 도시하지 않았으나, 전원모듈은 각기둥형상으로 할 수도 있다. 이 형상의 전원모듈을 내장하는 전원장치는, 전원모듈과 구획실을 각기둥형상으로 하고, 전원모듈을 구획실의 중심에 배설하여, 전원모듈의 주위에 일정 간격의 송풍냉각덕트를 설치할 수 있다.
이 구조의 전원장치는, 구획실(4)로 유입하는 공기를, 전원모듈(1)의 전체 둘레에서 고속으로 흐르게 하여, 전원모듈(1)을 냉각할 수 있는 특징이 있다. 단 본 발명의 전원장치는, 구획실의 형상을 도 7과 도 8에 나타낸 형상으로 할 수도 있다. 도 7의 전원장치는, 홀더케이스(72)에 2행으로 나열하여 전원모듈(71)을 수납하고 있다. 제 1 표면플레이트(72a) 쪽에 배설하고 있는 제 1 행의 상류 구획실 (74A)은, 송풍냉각덕트(717)의 간격을, 전원모듈(71)의 전체 둘레의 대략 반에 있어서 대략 일정하게 하고, 나머지 대략 반에 있어서 넓게 하여 공기저류실(718)이 마련되어 있다. 그리고 하류 구획실(74B)은, 송풍냉각덕트(717)의 간격을 전원모듈 (71)의 대략 전체 둘레에 있어서 대략 일정하게 하고 있다. 상류 구획실(74A)은 전 원모듈(71)의 반 둘레에 있어서 송풍냉각덕트(717)의 간격을 일정하게 하고, 나머지 반 둘레에 공기저류실(718)이 마련되어 있다. 공기저류실(718)은, 송풍냉각덕트 (717)에 비하여 용적이 크므로, 이곳을 통과하는 공기의 유속이 저하하여, 전원모듈(71)의 냉각효과를 낮게 조정한다.
또한, 도 8의 전원장치는, 상류 구획실(84A)의 공기저류실(818)로부터 하류 구획실(84B)로 공기를 유입시키는 바이패스통로(819)를 설치하고 있다. 이 도면의 홀더케이스(82)는, 상류 구획실(84A)과 하류 구획실(84B)을 중앙과 바이패스통로 (819)의 양쪽으로 연결하고 있다. 바이패스통로(819)는, 공기저류실(818)의 양측부에서 하류 구획실(84B)로 접선방향으로 연장하여 연결되어 있다.
도 7과 도 8에 나타낸 형상의 홀더케이스(72,82)는, 상류 구획실(74A,84A)의 전원모듈(71,81)이 너무 냉각되지 않도록 하면서, 하류 구획실(74B,84B)의 전원모듈(71,81)을 효율적으로 냉각하여, 상류 구획실(74A, 84A)과 하류 구획실(74B,84B)에 수납되어 있는 전원모듈(71,81)을 보다 균일하게 냉각할 수 있는 특징이 있다. 그것은 상류 구획실(74A,84A)에 배설되어 있는 전원모듈(71,81)의 전체 둘레에 접하는 공기를 고속으로 흐르게 하지 않았으나, 하류 구획실(74B,84B)의 전원모듈 (71,81)의 전체 둘레에 접하는 공기를 고속으로 흐르게 하기 때문이다. 각각의 구획실(74,84)로 분류되어 흐르는 공기는, 상류 구획실(74A,84A)에서 하류 구획실 (74B,84B)로 흐르기 때문에, 하류 구획실(74B,84B)을 통과할 때의 온도가 상류 구획실(74A,84A)을 통과할 때의 온도보다 높아진다. 상류 구획실(74A,84A)을 통과할 때에 전원모듈(71,81)을 냉각하여 열에너지를 흡수하고 있기 때문이다. 상류 구획 실과 하류 구획실에 같은 유속으로 공기를 통과시키는 전원장치는, 하류 구획실에 배설되어 있는 전원모듈을 바람직한 온도로 냉각시킬 수 있도록 공기의 유속을 설계하면, 상류 구획실이 지나치게 냉각되는 경우가 있다. 도면에 나타낸 바와 같이, 상류 구획실(74A,84A)의 일부에 공기저류실(718,818)을 설치하여 전원모듈(71,81)의 표면을 따라 흐르는 공기의 유속을 느리게 하면, 상류 구획실(74A,84A)의 전원모듈(71,81)의 냉각효율을 최적치로 조정할 수 있다. 따라서 상류 구획실(74A,84A)과 하류 구획실(74B,84B)에 수납하고 있는 전원모듈(71,81)을 균일하게 냉각할 수 있다. 한편 도 7과 도 8에 있어서, (72A,82A)는 덮개케이스를, (72B,82B)는 중간케이스를, (73A,83A)는 양측부를, (73B,83B)는 중앙부를 각각 나타내고 있다. 또한 도 8에 있어서, (817)은 송풍냉각덕트를 나타내고 있다.
또한, 전원장치는, 도 9에 나타낸 구조로 할 수도 있다. 이 전원장치도, 홀더케이스(92)에 2행으로 나열하여 전원모듈(91)을 수납하고 있다. 또한 제 1 표면플레이트(92a) 측에 배설되어 있는 제 1 행의 상류 구획실(94A)에 복수의 공기저류실(918)이 마련되어 있다. 상류 구획실(94A)은, 송풍냉각덕트(917)의 간격을, 제 2 표면플레이트(92b) 측에 배설하고 있는 제 2 행의 하류 구획실(94B)의 송풍냉각덕트(917)의 간격보다 넓게 하여 공기저류실(918)이 마련되어 있다. 하류 구획실 (94B)은, 송풍냉각덕트(917)의 간격을 전원모듈(91)의 대략 전체 둘레에 있어서 대략 일정하게 하고 있다. 상류 구획실(94A)은, 전원모듈(91)의 거의 전체 둘레에 있어서, 송풍냉각덕트(917)의 간격을 넓게 하여 공기저류실(918)을 마련할 수 있다.
도면에 나타낸 상류 구획실(94A)은, 전체의 단면형상을 사각형으로 하고 있 으며, 그 중심에 전원모듈(91)을 배설하고 있다. 사각형인 상류 구획실(94A)은, 네 모서리에 위치하는 각 코너부를 넓혀 공기저류실(918)로 하고 있다. 단 상류 구획실은, 코너부가 구부러진 사각형으로 할 수도 있다. 또한 상류 구획실(94A)은, 상류쪽과 하류쪽의 사이에 있는 송풍냉각덕트(917)의 간격을 좁게 하여, 하류 구획실 (94B)의 송풍냉각덕트(917)의 간격과 같게 하고 있다. 이 전원장치는, 2행으로 배열되는 복수의 전원모듈(91)을 같은 간격으로 배설할 수 있는 특징이 있다. 이상과 같은 구조의 전원장치는, 상류 구획실(94A)에 설치한 공기저류실(918)을 상하 좌우 쌍을 이루는 형상으로 할 수 있는 동시에, 용적을 보다 크게 할 수 있기 때문에, 각각의 구획실(94)을 통과하는 공기의 유속을 보다 알맞게 조정할 수 있다. 한편 도 9에 있어서, (92A)는 덮개케이스를, (92B)는 중간케이스를, (93A)는 양측부를, (93B)는 중앙부를 각각 나타내고 있다.
홀더케이스(2)는, 각각의 구획실(4)로, 분류된 냉각공기를 통과시킨다. 이것을 실현하기 위해서, 제 1 표면플레이트(2a)를 관통하여, 각각의 구획실(4)을 분류하여 공기를 유입시키는 유입구(13)를 개구하고 있으며, 제 2 표면플레이트(2b)를 관통하여, 각각의 구획실(4)의 공기를 외부로 배출하는 배기구(14)를 개구하고 있다.
도 3 및 도 7 내지 도 9의 홀더케이스(2,72,82,92)는, 구획실(4,74,84,94)의 중앙부분에 위치하도록 제 1 표면플레이트(2a,72a,82a,92a)에 슬릿형태로 공기의 유입구(13,713,813,913)를 개구하고, 제 2 표면플레이트(2b,72b,82b,92b)에 슬릿형태의 배기구(14,714,814,914)를 개구하고 있다. 슬릿형태의 유입구(13,713,813, 913)와 배기구(14,714,814,914)는, 전원모듈(1,71,81,91)의 세로방향으로 연장하여 개구된다. 이 형상의 홀더케이스(2,72,82,92)는, 전원모듈(1,71,81,91)의 표면을 따라, 냉각공기를 빠르게 흐르도록 하여, 효율적으로 냉각할 수 있는 특징이 있다.
도 3의 전원장치는, 제 1 표면플레이트(2a)의 표면에 공기의 유입덕트(15)를 설치하고 있다. 유입덕트(15)는 팬(9)에 연결되고, 팬(9)은 유입덕트(15)에 냉각공기를 강제적으로 공급한다. 유입덕트(15)의 냉각공기는, 각각의 유입구(13)로 분류되어, 각각의 구획실(4)로 유입된다. 도면에 나타낸 전원장치는, 제 1 표면플레이트(2a)에 개구되는 복수의 유입구(13)의 개구면적을 같게 하고 있다. 단 도시하지 않았으나, 전원장치는, 모든 구획실에 균일하게 냉각공기를 통과시키기 위해서, 유입덕트의 상류쪽의 유입구를, 하류쪽의 유입구보다 작게 할 수도 있다. 이 전원장치는, 유입덕트의 상류쪽에서는, 팬으로부터 공급되는 냉각공기의 압력이 높기 때문에, 작은 유입구로부터 다량의 공기가 공급된다. 유입덕트의 하류쪽에서는, 냉각공기의 압력이 낮아지기 때문에, 유입구를 크게 하여 구획실에 공급되는 공기량을 많게 할 수 있다. 따라서 이 구조의 장치는, 모든 구획실에 균일하게 냉각공기를 공급할 수 있다.
전원장치는, 도 3의 쇄선으로 나타낸 바와 같이, 제 2 표면플레이트(2b)의 표면에 공기의 배출덕트(16)를 설치하고, 이 배출덕트(16)에 팬(9)을 연결할 수도 있다. 팬(9)은 배출덕트(16)의 냉각공기를 강제적으로 흡인하여 배기한다. 배출덕트(16)는, 각각의 구획실(4)로부터 배출되는 공기를 함께 배기한다. 도면에 나타낸 전원장치는, 제 2 표면플레이트(2b)에 개구되는 복수의 배기구(14)의 개구면적을 같게 하고 있다. 단 도시하지 않았으나, 전원장치는, 각각의 구획실로 균일하게 냉각공기를 통과시키기 위해서, 배출덕트의 상류쪽의 배출구를 하류쪽의 배출구보다 크게 할 수도 있다. 이 전원장치는, 배출덕트의 하류쪽에서는, 팬으로 효율적으로 냉각공기가 흡인되기 때문에, 작은 배출구에서 다량의 공기가 배출된다. 따라서 이 구조의 장치는, 모든 구획실에 균일하게 냉각공기를 통과할 수 있다.
특히, 전원장치는, 배출덕트의 하류쪽의 유입구에 대향하는 배출구를 상류쪽의 유입구에 대향하는 배출구보다 작게 할 수 있다. 이 전원장치는, 유입구를 상류쪽에서 하류쪽을 향하여 점차 많게 하고, 배출구를 상류쪽에서 하류쪽을 향하여 점차 작게 한다. 이 전원장치는, 좁은 배출구에서 배출되는 공기의 유속을, 넓은 배출구에서 유입되는 공기보다 빠르게 할 수 있다. 이 때문에 팬에서 떨어진 위치에 있는 전원모듈이더라도 효율적으로 냉각할 수 있다.
또한, 전원장치는, 도 7 내지 도 9에 나타낸 바와 같이, 제 1 표면플레이트 (72a,82a,92a)의 표면에 공기의 유입덕트(715,815,915)를 설치하고, 제 2 표면플레이트(72b,82b,92b)의 표면에 공기의 배출덕트(716,816,916)를 설치할 수도 있다. 이들 전원장치는, 유입덕트(715,815,915)와 배출덕트(716,816,916)의 한쪽 또는 양쪽에 팬을 연결하여 강제적으로 공기를 흐르게 할 수 있다. 이와 같이 유입덕트 (715,815,915)와 배출덕트(716,816,916)를 가진 전원장치는, 공기의 유입위치와 배출위치의 양쪽을 특정할 수 있다.
이상의 전원장치는, 2행의 복수의 전원모듈(1,71,81,91)을 도면에 있어서 상하로 대향하여 배설하고 있으나, 본 발명의 전원장치는, 복수행으로 나열하여 배설 되는 복수의 전원모듈의 인접하는 행에 배열되는 전원모듈을 현격한 차이로 배설할 수도 있다. 도 10에 나타낸 전원장치는, 도면에 있어서 상하 2행으로 배열되는 전원모듈(101)의 위치를 다소 좌우로 어긋나게 하여 현저한 차이로 배설하고 있다. 특히 이 도면에 나타낸 전원장치는, 유입구(1013)로부터 배기구(1014)를 향하여 흐르는 공기의 흐름방향이, 제 1 표면플레이트(102a)와 제 2 표면플레이트(102b)에 수직인 방향에 대하여 경사지도록, 각 행의 전원모듈(101)을 현격한 차이로 배설하고 있다. 이 때문에 유입덕트(1015)로부터 공급되는 공기를, 신속하게 유입구 (1013)로 유입시켜 상류 구획실(104A)로 흐르게 할 수 있는 동시에, 하류 구획실 (104B)을 통과한 공기를 배기구(1014)로부터 배출덕트(1016)로 원활하게 배출할 수 있는 특징이 있다. 한편 이 도면에 있어서, (102)는 홀더케이스를, (102A)는 덮개케이스를, (102B)는 중간케이스를, (104)는 구획실을, (1017)은 송풍냉각덕트를 각각 나타내고 있다.
본 발명은 그 주요한 특징적 사상에서 벗어나지 않는 몇가지 형태로 구체화될 수도 있고, 따라서 본 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것이며, 발명의 범위는 상세한 설명보다는 첨부된 특허청구범위에 의해 규정되는 것이므로, 특허청구범위의 한계내에 해당하는 모든 변형 실시예나 그러한 범위의 균등한 실시예는 특허청구범위에 포함될 것이다.
이상에서와 같이, 본 발명은 홀더케이스에 수납되어 있는 복수의 전원모듈 전체를 보다 균일하게 냉각하여, 온도차에 기인한 전지성능의 저하를 효율적으로 방지할 수 있는 특징이 있다. 이것은 본 발명의 전원장치가 홀더케이스의 내부를 격벽으로 복수열의 구획실로서 구획하여 각각의 열의 구획실에 전원모듈을 배열하고 있으며, 격벽을 전원모듈의 표면을 따른 형상으로서 일정 간격의 송풍냉각덕트를 마련하고, 구획실로 송풍되는 공기를, 이 송풍냉각덕트로도 전원모듈의 표면을 따라 흐르게 하기 때문이다. 이 구조의 전원장치는 송풍냉각덕트를 일정 간격으로 하고 있으므로, 홀더케이스 내부를 흐르는 공기의 유속을 떨어뜨리지 않고, 전원모듈을 효율적으로 냉각시킬 수 있다. 더구나 본 발명의 전원장치는 송풍냉각덕트를 전원묘듈 표면을 따른 형상으로 하고 있기 때문에, 여기를 통과하는 공기를 전원모듈의 표면 전체에 접촉시켜, 매우 효율적으로, 또한 균일하게 냉각시킬 수 있다.










Claims (23)

  1. a. 복수개의 원통형 전원모듈,
    b. 전원모듈(1)을 내부에 복수의 열로 평행하게 수납하고 있으며, 또한 내부를 통과하는 공기로 전원모듈(1)을 냉각하는 홀더케이스,
    c. 홀더케이스(2)에 공기를 강제적으로 공급 또는 흡인하여 송풍하는 팬,
    d. 홀더케이스(2)는 양면에 대향하여, 제 1 표면플레이트(2a)와 제 2 표면플레이트(2b)를 가지는 상자형이고, 제 1 표면플레이트(2a)와 제 2 표면플레이트 (2b)의 표면을 따라 복수열로 복수의 전원모듈(1)을 옆으로 나열하여 배설하고 있으며,
    e. 홀더케이스(2)는, 옆으로 나열하여 수납하고 있는 복수열의 전원모듈(1)의 사이에서, 제 1 표면플레이트(2a)와 제 2 표면플레이트(2b)의 사이에 격벽(3)을 설치하여, 내부를 복수열의 구획실(4)로 구획하고, 각각의 열의 구획실(4)에 전원모듈(1)을 배설하고 있으며,
    f. 격벽(3)은 가로방향으로 인접하는 구획실(4)들 사이에서 공기의 흐름을 차단하는 것과 함께, 전원모듈(1)과의 대향면(3a)을 전원모듈(1)의 표면에 따른 형상으로 하고, 전원모듈 표면(1A)과 격벽(3)의 대향면(3a)과의 사이에 일정 간격의 송풍냉각덕트(17)를 설치하고 있으며, 이 송풍냉각덕트(17)로서, 구획실(4)로 송풍되는 공기를 전원모듈(1)의 표면을 따라 흐르게 하고,
    g. 또한, 홀더케이스(2)는, 제 1 표면플레이트(2a)를 관통하여, 복수열의 구획실(4)의 송풍냉각덕트(17)로 분류하여 공기를 유입시키는 유입구(13)가 개구되어 있고, 또 제 2 표면플레이트(2b)를 관통하여, 복수열의 구획실(4)의 송풍냉각덕트 (17)를 통과한 공기를 외부로 배출하는 배기구(14)가 개구되어 있으며,
    h. 팬(9)으로서, 제 1 표면플레이트(2a)의 유입구(13)로부터 복수열의 구획실(4)로 분류하여 공기를 유입하여, 송풍냉각덕트(17)로 공기를 통과시켜 전원모듈 (1)을 냉각하고, 냉각된 공기를 제 2 표면플레이트(2b)의 배기구(14)에서 배기하여, 복수열의 구획실(4)에 수납되어 있는 전원모듈(1)을 냉각하도록 하여 이루어지는 전원장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 전원모듈은 복수의 이차전지를 직선형태로 접속한 것인 전원장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 전원모듈은 슈퍼 캐패시터를 직선형태로 접속한 것인 전원장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 홀더케이스가, 상하의 덮개케이스(2A)와, 덮개케이스(2A)의 사이에 배설되는 중간케이스(2B)를 구비하고, 덮개케이스(2A)는, 제 1 표면플레이트(2a)를 일체로 성형하고 있는 제 1 덮개케이스와, 제 2 표면플레이트(2b)를 일체로 성형하고 있는 제 2 덮개케이스를 구비하고 있는 전원장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 격벽(3)이, 전원모듈(1)과의 대향면(3a)에 유지볼록부 (10)를 돌출하여 형성하고 있으며, 이 유지볼록부(10)의 선단을 전원모듈(1)의 표면에 접촉하여, 전원모듈(1)을 구획실(4) 내에 유지하고 있는 전원장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 유지볼록부(10)가, 전원모듈(1)에 대하여 가로방향으로 연장하여 형성되어 있는 전원장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 송풍냉각덕트(17)의 간격이, 전원모듈(1)의 전체 둘레에서 일정한 전원장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 전원모듈(1)과 구획실(4)이 원기둥형상이고, 전원모듈(1)을 구획실(4)의 중심에 배설하여, 일정 간격의 송풍냉각덕트(17)를 설치하고 있는 전원장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 복수개의 전원모듈(1)을 복수의 행과 복수의 열로 평행하게 나열하여 홀더케이스(2)에 수납하여 이루어지는 전원장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 홀더케이스(2)에 2행으로 나열하여 복수의 전원모듈(1)을 수납하고 있으며, 제 1 표면플레이트(2a) 측에 배설되어 있는 제 1 행의 상류 구획실(44)에 적어도 하나의 공기저류실(18)이 마련되어 있는 전원장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 하류 구획실(4B)은, 송풍냉각덕트(17)의 간격을 전원모듈(1)의 전체 둘레에서 일정하게 하고 있으며, 상류 구획실(4A)은, 송풍냉각덕트(17)의 간격을 하류 구획실(4B)의 송풍냉각덕트(17)의 간격보다 넓게 하여 적어도 하나의 공기저류실(18)이 마련되어 있는 전원장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상류 구획실(4A)의 송풍냉각덕트(17)의 간격을, 전원모듈(1)의 전체 둘레의 절반에서 일정하게 하고, 나머지 절반에서 넓게 하여 공기저류실(18)이 마련되어 있는 전원장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 공기저류실(18)이 상류 구획실(4A)의 하류쪽에 마련되어 있는 전원장치.
  14. 제 11 항에 있어서, 상류 구획실(4A)이, 전원모듈(1)의 전체 둘레에서 복수의 공기저류실(18)이 마련되어 있는 전원장치.
  15. 제 10 항에 있어서, 상류 구획실(4A)이 단면형상을 사각형으로 하고 있으며, 네 모서리의 코너부에 공기저류실(18)이 마련되어 있는 전원장치.
  16. 제 10 항에 있어서, 상류 구획실(4A)의 상류쪽과 하류쪽의 사이에 있는 송풍냉각덕트(17)의 간격을, 하류 구획실(4B)의 송풍냉각덕트(17)의 간격과 같게 하고 있는 전원장치.
  17. 제 10 항에 있어서, 홀더케이스(2)에 2행으로 나열하여 복수의 전원모듈(1)을 수납하고 있으며, 제 1 표면플레이트(2a) 쪽에 배설되어 있는 제 1 행의 상류 구획실(4A)로부터, 제 2 표면플레이트(2b) 쪽에 배설되어 있는 제 2 행의 하류 구획실(4B)로 공기를 유입시키기 위한 바이패스통로(19)가 마련되어 있는 전원장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 바이패스통로(19)는, 공기저류실(18)의 양측부에서 하류 구획실(4B)에 접선방향으로 연장하여 연결되어 있는 전원장치.
  19. 제 1 항에 있어서, 홀더케이스(2)에 복수행으로 나열하여 복수의 전원모듈 (1)을 수납하고 있으며, 인접하는 행에 복수의 전원모듈(1)을 단차가 다르게 배열하고 있는 전원장치.
  20. 제 1 항에 있어서, 홀더케이스(2)는, 구획실(4)의 중앙부분에 위치하도록 제 1 표면플레이트(2a)에 슬릿형태로 공기의 유입구(13)를 개구하고, 제 2 표면플레이트(2b)에 슬릿형태의 배기구(14)를 개구하고 있는 전원장치.
  21. 제 1 항에 있어서, 제 1 표면플레이트(2a)의 표면에 공기의 유입덕트(15)가 설치되어 있으며, 이 유입덕트(15)는 팬(9)에 연결되어, 유입덕트(15)의 냉각공기 가, 각각의 유입구(13)로 분류되어, 각각의 구획실(4)로 유입되는 전원장치.
  22. 제 1 항에 있어서, 제 2 표면플레이트(2b)의 표면에 공기의 배출덕트(16)가 설치되고, 이 배출덕트(16)에 팬(9)을 연결하여, 팬(9)이 배출덕트(16)의 냉각공기를 강제적으로 흡인하여, 각각의 구획실(4)로부터 배출되는 공기를 함께 배기하는 전원장치.
  23. 제 1 항에 있어서, 제 1 표면플레이트(2a)의 표면에 공기의 유입덕트(15)가 설치되고, 제 2 표면플레이트(2b)의 표면에 공기의 배출덕트(16)가 설치되며, 유입덕트(15)와 배출덕트(16)의 한쪽 혹은 양쪽에 팬을 연결하여 강제적으로 공기를 흐르게 하는 전원장치.
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