KR101145583B1 - 연료전지용 전력변환장치의 전원 단자 연결장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료전지용 전력변환장치의 전원 단자 연결장치에 관한 것으로, 전력변환장치(10)에 함몰형 단자(12,13,13a)가 설치되고, 메인시스템 외함의 마운팅슬롯(20)에 돌출형 단자(22,23,23a)가 설치되어, 상기 마운팅슬롯(20)에 전력변환장치(10)를 삽입하여 설치하는 것으로 모든 단자의 결합이 이루어짐으로써 단자 연결 작업이 매우 용이하고, 신속 정확하게 이루어지게 된다.

전력변환장치, 단자, 커넥터, 케이블

Description

연료전지용 전력변환장치의 전원 단자 연결장치{apparatus for connecting Power Terminals of Fuel Cell PCS}

본 발명은 연료전지용 전력변환장치의 전원 단자 연결장치에 관한 것으로, 특히 단자의 연결이 용이하게 이루어지도록 된 연료전지용 전력변환장치의 전원 단자 연결장치에 관한 것이다.

연료전지시스템은 스택에 연료가스(수소농후가스)를 공급하기 위해 연료를 변환하는 연료변환장치와, 연료가스와 공기(산소)를 공급받아 전기화학반응에 의해 전기를 생산하고 부수적으로 물과 열을 발생시키는 스택과, 상기 스택으로부터 발생된 전기를 변환하여 전력 계통에 공급하는 전력변환장치와, 상기 스택을 냉각하고 폐열을 회수하기 위한 폐열회수장치 및, 이들을 유기적으로 연결하여 연료전지시스템의 기동, 유지 및 정지를 가능하게 하는 여러 주변기기(BOP)로 이루어진다.

상기 전력변환장치는 스택에서 발생되는 직류 전류를 교류 전류로 변환하여 사용 부하나 전력 공급 계통에 전달하는 장치로서, 가정용 등의 소형 시스템에서는 시스템 외함(케이스)의 내부에 설치되어 상기 스택 및 주변 장치들과 연결된다.

도 1에 종래 전력변환장치의 전면이 도시되어 있다.

도시된 바와 같이, 종래에는 전력변환장치(1)의 전면에 스택으로부터 생산된 직류전류가 입력되는 직류단자(2)와, 전력변환장치 내부에서의 변환과정을 거쳐 교류전류가 출력되는 교류단자(3)가 구비될 뿐만 아니라, 전력변환장치(1)의 제어기와 상위 시스템(연료전지 시스템)의 제어기간에 데이터를 주고 받을 수 있도록 하는 통신단자(4)가 구비된다.(미설명 부호 5는 디스플레이 화면이다.)

상기와 같이 체결 구조가 다소 복잡하여 메인시스템과의 단자 연결(케이블을 매개로) 작업이 불편하고, 시간이 오래 걸리는 단점이 있었다.

또한, 반복적인 분해와 조립으로 커넥터 조립용 나사가 쉽게 마모된다.

특히, 직류단자(2)에 연결되는 직류케이블의 극성을 반대로 연결하거나, 직류단자(2)와 교류단자(3)에 직류케이블과 교류케이블을 바꾸어 연결하는 문제점이 있었다.

또한, 상기 단자들에 연결되는 커넥터가 단자 즉, 전력변환장치의 표면으로부터 외부로 돌출되기 때문에 설치를 위해서는 메인시스템의 외함과 전력변환장치의 사이에 소정의 공간을 확보해야 하므로 메인시스템의 크기가 커지는 단점이 있었다.

이에 본 발명은 상기의 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로, 전력변환장치의 전류단자(직류단자, 교류단자) 연결이 매우 간편해지고, 단자 연결시 극성 및 케이블의 혼동에 의한 잘못된 연결이 이루어지지 않으며, 전류단자 연결시 여유공간을 확보할 필요가 없게 됨으로써 메인시스템의 외함 크기를 작게 할 수 있도록 된 연료전지용 전력변환장치의 전원 단자 연결장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

전력변환장치의 배면에 직류단자와 교류단자(접지단자 포함)가 함몰 상태로 설치되고,

상기 전력변환장치가 삽입되는 마운팅슬롯이 메인시스템의 외함 내에 구비되며,

상기 마운팅슬롯의 내측 정면에 직류단자와 교류단자(접지단자 포함)가 돌출 상태로 설치되어,

상기 마운팅슬롯에 전력변환장치를 삽입하면 전력변환장치의 직류단자와 교류단자에 마운팅슬롯의 직류단자와 교류단자가 삽입, 접촉되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전력변환장치의 전면 양측에 장착공을 갖춘 플랜지가 형성되고, 상기 마운팅슬롯의 입구 양측에 상기 장착공과 일치되는 장착공이 형성되며, 상기 전력변환장치의 장착공과 마운팅슬롯의 장착공을 통해 스크류가 체결되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 직류단자와 상기 교류단자 중 상기 접지단자를 제외한 전극단자는 절연재로 둘러 싸여 전력변환장치의 외함에 대해 절연된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 메인시스템의 마운팅슬롯에 설치된 단자는 마운팅슬롯에 고정되는 베이스부와, 상기 베이스부를 따라 전후 이동되는 가동부와, 상기 베이스부와 가동부 사이에 구비되어 상기 가동부를 탄력적으로 지지하는 스프링을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 베이스부와 가동부의 측면 단부에는 상호 걸려지는 걸림부가 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가동부의 걸림부 하부에 상기 베이스부의 측면에 면접촉되는 면접촉부가 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 베이스부와 가동부의 상측면과 하측면이 단순 평면으로 형성되어 상호 면접촉하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스프링이 도선 역할을 하는 것을 특징으로 한다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따르면,

전력변환장치를 마운팅슬롯에 장착하는 것으로 단자 연결이 자동으로 이루어지므로 단자 연결 작업이 매우 신속하고 간편하게 이루어진다.

또한, 직류단자의 양쪽 극성 사이, 직류단자와 교류단자간 연결이 서로 혼동 되어 잘못 연결되는 현상이 발생하지 않게 되므로 언제나 단자들이 정확하게 연결되는 장점이 있다.

또한, 단자 연결을 위해 별도의 커넥터와 케이블을 사용하지 않으므로 이들을 위한 전력변환장치와 메인시스템 외함 사이의 여유공간을 확보할 필요가 없게 되어, 메인시스템의 외함 크기를 축소하여 보다 작게 제작할 수 있게 된다.

또한, 메인시스템의 외함 내에서 전력변환장치가 차지하는 공간이 축소되므로 다른 부품의 레이아웃 설정에 자유도가 향상된다.

한편, 상기 마운팅슬롯에 설치되는 메인시스템측 단자는 스프링으로 지지되는 탄력 지지형 단자로서, 전력변환장치 장착시 전력변환장치의 단자와 충돌하여도 충격이 흡수되어 표면 손상이 발생하지 않고 단자의 설치상태가 훼손되지 않는다.

따라서, 단자간 접속상태를 양호하게 구현할 수 있고, 전류전달성능도 양호하게 유지할 수 있게 되는 효과가 있다.

이하, 본 발명을 첨부된 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 전력변환장치의 정면도이고, 도 3은 배면도이며, 도 4는 전력변환장치와 메인시스템의 조립 직전 평단면도이다.

도시된 바와 같이, 전력변환장치(10)의 전면에는 직류단자(12)와 교류단자(13)가 설치되지 않는다.

전력변환장치(10)의 전면에는 전력변환장치(10)의 제어기(전력변환장치의 내부에 구비됨)와 메인시스템의 제어기 간에 데이터 통신을 하기 위한 통신단자(14) 와, 각종 정보를 표시해주는 디스플레이화면(15)이 설치된다.

본 발명에 따른 전력변환장치(10)는 후면에 직류단자(12)와 교류단자(13)가 설치된다.

상기 직류단자(12)는 (+)와 (-)의 극성을 가진 2개의 단자로 이루어지고, 각 단자는 절연재(16)로 둘러 싸여 전력변환장치(10)의 외함에 대해 절연된다.

상기 교류단자(13)는 (+)와 (-) 극성이 교번하는 2개의 단자와 접지단자(13a)로 이루어지며, 이중 2개의 전극단자는 절연재(16)로 둘러 싸여 전력변환장치(10)의 외함에 대해 절연되고, 상기 접지단자(13a)는 상기 외함에 접촉되어 접지되도록 되어 있다.

한편, 상기 단자들(12,13,13a)은 전력변환장치(10)의 후면에서 전력변환장치(10)의 내측으로 함몰된 구조로 설치된다.

즉, 상기 단자들(12,13,13a)의 표면이 전력변환장치(10)의 후면보다 전방쪽으로 들어가 있는 형태이다.

한편, 메인시스템의 외함 내측에는 상기 전력변환장치(10)를 삽입, 장착하기 위한 마운팅슬롯(20)이 구비된다.

상기 전력변환장치(10)가 직육면체의 박스 형상이므로 상기 마운팅슬롯(20)은 직육면체 박스 형상의 공간이다.(또는 그 공간을 형성하는 마운팅브라켓을 의미한다.)

상기 마운팅슬롯(20)의 내측 정면에는 상기 마운팅슬롯(20)으로 상기 전력변환장치(10)가 삽입되었을 때 상기 단자들(12,13,13a)과 각각 대응되는 단자 들(22,23,23a)이 구비된다.

즉, 마운팅슬롯(20)의 내측 정면에는 메인시스템측 직류단자(22)와 교류단자(23)-접지단자(23a) 포함-가 구비되는 것이다.

단, 상기 메인시스템측 직류단자(22)와 교류단자(23)와 접지단자(23a)는 마운팅슬롯(20)의 내측 정면으로부터 개구된 전방을 향해 돌출된 형상을 가진다.

한편, 상기 전력변환장치(10)의 전면 양측단부에는 상기 전면과 동일한 면상에 플랜지(11)가 형성된다.

그리고, 상기 플랜지(11)에는 원형의 장착공(11a)이 관통 형성된다.

이에 대해 상기 마운팅슬롯(20) 입구 양측부에는 상기 장착공(11a)과 일치되는 위치에 동일한 크기의 장착공(20a)이 형성된다.

따라서, 상기 마운팅슬롯(20)에 전력변환장치(10)를 완전히 삽입하고 상기 장착공(11a,20a)에 스크류를 체결하면 전력변환장치(10)의 단자들(12,13,13a) 내측으로 상기 메인시스템측 단자들(22,23,23a)이 삽입되어 접촉됨으로써 단자의 접속이 이루어진다.

따라서, 별도의 단자 접속용 커넥터 및 케이블을 사용할 필요가 없게 되며, 상기 커넥터의 설치를 위해 필요했던 전력변환장치와 메인시스템 외함 사이에 여유 공간을 확보할 필요가 없게 된다.

따라서, 메인시스템의 외함 크기를 작게 형성할 수 있게 됨으로써 제품의 크기를 보다 작게 할 수 있게 되는 장점이 있다.

한편, 본 발명에 따른 전력변환장치는 전술한 바와 같이 마운팅슬롯(20)에 단순히 전력변환장치(10)를 삽입하고, 상기 플랜지(11a)의 관통공(11a)과 마운팅슬롯(20) 입구 외측에 형성된 관통공(20a)에 스크류를 체결하기만 하면 장착 및 단자 접속이 완료되므로 전력변환장치의 전력단자 연결 작업이 매우 간편하고 신속하게 이루어진다.

특히, 전력변환장치(10)의 단자들(12,13,13a)과 메인시스템측 단자들(22,23,23a)이 일대일로 대응되어 전력변환장치 장착과 동시에 정확히 접속되도록 구성되어 있으므로 직류단자(12,22)의 극성이 바뀐다거나, 또는 직류단자(12,22)와 교류단자(13,13a; 23,23a)가 서로 엇갈려 연결되는 등의 오류가 발생하지 않게 된다.

상기와 같이 단자 결속 오류가 감소됨으로써 종래와 같이 커넥터 연결용 나사를 자주 풀거나 조일 필요가 없게 되어 체결용 나사의 마모가 자주 발생하지 않게 된다.(본 발명의 경우에는 전력변환장치를 마운팅슬롯에 장착하거나 분리하는 경우에만 스크류를 조이거나 풀게 되므로 마모의 가능성이 감소된다.)

한편, 마운팅슬롯(20)에 전력변환장치(10)를 삽입하여 각 단자들을 연결할 때 단자 접촉 충격이 발생하여 단자의 표면이 손상되거나 단자의 고정 상태가 이완될 수 있는데, 이렇게 되면 접촉 저항이 증가하여 전류 전달 성능이 떨어진다.

따라서, 본 발명은 도 5에 도시된 바와 같이, 마운팅슬롯(20)에 설치된 메인시스템측 단자(22,23,23a)들을 탄력 지지형으로 구성하였다.

즉, 상기 메인시스템측 단자(22,23,23a)들은 몸체가 마운팅슬롯(20)의 내측 정면에 고정되는 베이스부(A)와, 상기 베이스부(A)를 감싸서 베이스부(A)의 측면을 따라 전후로 슬라이딩 이동되는 가동부(B)로 이루어지고, 내부에 스프링(C)이 설치되어 상기 가동부(B)를 탄력적으로 지지하도록 구성된다.

또한, 스프링(C)의 복원력에 대항하여 베이스부(A)와 가동부(B)의 분리를 방지하기 위하여 상기 베이스부(A)와 가동부(B)의 측면 단부에는 단부가 서로 마주보는 방향으로 둥글게 구부려진 걸림부(A1,B1)가 각각 형성된다.

따라서, 상기 가동부(B)가 베이스부(A)로부터 최대한 멀어졌을 때 상기 걸림부(A1,B1)가 서로 걸려져서 베이스부(A)로부터 가동부(B)가 이탈되는 것이 방지된다.

따라서, 마운팅슬롯(20)에 전력변환장치(10)를 삽입하여 단자들을 접속시킬 때 전력변환장치(10)측 단자와 메인시스템측 단자가 상호 접촉하는 순간 상기 스프링(C)이 수축하면서 가동부(B)가 베이스부(A)쪽으로 이동하므로 충격이 흡수되어 단자 접촉 충격이 감소된다.

따라서, 단자간 접촉 충격이 감소하여 단자의 손상이 발생하지 않으므로 단자의 표면이 훼손되지 않고, 또한 단자의 고정 상태가 견고하게 유지될 수 있게 된다.

따라서, 단자간 접속 상태가 양호하게 유지됨은 물론 표면 저항의 이상 증가도 존재하지 않으므로 매우 우수한 전류 전달 성능을 확보할 수 있다.

한편, 상기와 같은 탄력 지지형 단자에서 가동부(B)로 전달된 전력은 상기 스프링(C)을 타고 메인시스템(20)의 회로로 전달될 수 있다. 즉, 상기 스프링(C)이 도선 역할을 대신하는 것이다.(이때 단자를 구성하는 상기 베이스부(A)와 가동 부(B)를 통해 전력이 전달됨은 당연하다.)

또한, 도 6과 같이, 상기 베이스부(A)의 측면에 접하는 가동부(B)의 접촉면적을 증가시키기 위하여 가동부(B)의 걸림부(B1) 하부에 면접촉부(B2)를 형성할 수 있다.

상기 베이스부(A)의 측면과 가동부(B)의 접촉면부(B2)는 가동부(B)의 전후 이동에 상관없이 접촉 상태를 유지하여 일정한 전류전달면적을 확보하므로 전류전달이 양호하게 이루어진다.

한편, 상기 걸림부(A1,B1)가 단자의 양쪽 측면에만 형성된 경우에는 도 7과 같이 단자의 상측면과 하측면이 상호 면접촉하도록 할 수 있다.

이는 단자의 베이스부(A)와 가동부(B)의 상측면과 하측면을 단순한 평면 형상으로 형성하고, 치수를 정밀하게 하여 상호 이격 없이 면접촉하도록 한 것으로, 일정 정도 이상의 접촉 면적을 항상 확보하므로 이 경우에도 전류전달이 양호하게 이루어진다.

도 1은 종래 기술에 따른 전력변환장치의 정면도,

도 2는 본 발명에 따른 전력변환장치의 정면도,

도 3은 본 발명에 따른 전력변환장치의 배면도,

도 4는 본 발명에 따른 전력변환장치와 메인시스템의 조립 직전 평단면도,

도 5는 메인시스템측 단자의 평단면도,

도 6은 도 5의 상세도,

도 7은 도 5의 상세 측단면도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 전력변환장치 11 : 플랜지

11a : 장착공 12,22 : 직류단자

13,23 : 교류단자 13a,23a : 접지단자

14 : 통신단자 15 : 디스플레이 화면

16 : 절연재 20 : 마운팅슬롯

A : 베이스부 B : 가동부

A1,B1 : 걸림부 B2 : 면접촉부

C : 스프링

Claims (8)

1. 전력변환장치의 배면에 직류단자와 교류단자(접지단자 포함)가 함몰 상태로 설치되고,

   상기 전력변환장치가 삽입되는 마운팅슬롯이 메인시스템의 외함 내에 구비되며,

   상기 마운팅슬롯의 내측 정면에 직류단자와 교류단자(접지단자 포함)가 돌출 상태로 설치되어,

   상기 마운팅슬롯에 전력변환장치를 삽입하면 전력변환장치의 직류단자와 교류단자에 마운팅슬롯의 직류단자와 교류단자가 삽입, 접촉되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전력변환장치의 전원 단자 연결장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 전력변환장치의 전면 양측에 장착공을 갖춘 플랜지가 형성되고, 상기 마운팅슬롯의 입구 양측에 상기 장착공과 일치되는 장착공이 형성되며, 상기 전력변환장치의 장착공과 마운팅슬롯의 장착공을 통해 스크류가 체결되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전력변환장치의 전원 단자 연결장치.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 직류단자와 상기 교류단자 중 상기 접지단자를 제외한 전극단자는 절연재로 둘러 싸여 전력변환장치의 외함에 대해 절연된 것을 특징으로 하는 연료전지용 전력변환장치의 전원 단자 연결장치.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 메인시스템의 마운팅슬롯에 설치된 단자는 마운팅슬롯에 고정되는 베이스부와, 상기 베이스부를 따라 전후 이동되는 가동부와, 상기 베이스부와 가동부 사이에 구비되어 상기 가동부를 탄력적으로 지지하는 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전력변환장치의 전원 단자 연결장치연료전지용 전력변환장치의 전원 단자 연결장치.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 베이스부와 가동부의 측면 단부에는 상호 걸려지는 걸림부가 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 전력변환장치의 전원 단자 연결장치.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 가동부의 걸림부 하부에 상기 베이스부의 측면에 면접촉되는 면접촉부가 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 전력변환장치의 전원 단자 연결장치.
7. 청구항 5에 있어서,

   상기 베이스부와 가동부의 상측면과 하측면이 단순 평면으로 형성되어 상호 면접촉하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전력변환장치의 전원 단자 연결장치.
8. 청구항 4에 있어서,

   상기 스프링이 도선 역할을 하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 전력변환장치의 전원 단자 연결장치.

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