KR100873742B1 - 배터리 유닛 및 대응하는 단자 커넥터로 구성된 장치 - Google Patents

배터리 유닛 및 대응하는 단자 커넥터로 구성된 장치 Download PDF

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Abstract

배터리 유닛(2) 및 대응하는 단자 커넥터(terminal connectors)(10)로 구성된 장치에서, 배터리 유닛은 더 많은 배터리 그룹을 얻기 위하여 서로 다른 방식으로 결합될 수 있다. 각각의 배터리 유닛(2)은 정확히 평행육면체의 기본 형태를 가지고, 상기 평행육면체의 한 면, 바람직하게는 상부면은 두 개의 단자(6,7)를 포함하고 길이가 (a)인 세로 에지(longitudinal edge)(4) 및 너비가 (b)인 폭이 좁은 에지(narrow edge)(5)를 가지며, 상기 (a)는 (2b)와 동일하거나 거의 동일하고 상기 세로 에지(4) 및 인접한 폭이 좁은 에지(5)에 대한 상기 각각의 단자(6,7)의 거리는 (b/2)와 동일하거나 거의 동일하다. 상기 단자 커넥터(10)는 인접한 두 배터리 유닛(2,2')의 두 단자(6,7)의 연결을 위해 적합하고 말단에 두 개의 연결 포인트(16,17)를 가진 전기 접합(12)을 포함하며, 상기 두 연결 포인트(16,17)의 거리는 (b)와 동일하거나 거의 동일하다. 수직 커넥터(vertical connectors)는 적층된 배터리의 서로 다른 층에 속하는 배터리 유닛의 단자를 서로 연결하기 위해 제공될 수 있다.
배터리, 축전지(accumulator), 배터리 유닛, 단자 커넥터, 단자

Description

배터리 유닛 및 대응하는 단자 커넥터로 구성된 장치{SYSTEM MADE UP OF BATTERY UNITS AND CORRESPONDING TERMINAL CONNECTORS}
본 발명은 배터리 유닛(battery units) 및 대응하는 단자 커넥터(terminal connectors)로 구성된 장치에 관한 것이다.
오늘날에는 단자 부분의 크기, 가로세로비, 단자 위치, 파일러(pilers), 엘리베이터(elevators) 등이 서로 다른 수백 개의 배터리 형태가 존재한다. 다수의 배터리 형태-이하에서 "배터리" 및 "축전지(accumulator)"라는 용어는 동의어로 사용됨-로 인해 배터리 제조자는 서로 다른 설비, 제조, 저장, 직원 교육, 생산 서적 및 제품판매 후 서비스에 많은 비용을 소비하게 된다. 휠체어, 지게차(fork lifter) 또는 전기 차량과 같이 배터리를 설치할 필요가 있거나 또는 고정 용도를 위한 배터리를 필요로 하는 기업체들은 계획 단계에서부터 수많은 배터리 형태 중에서 최적의 배터리를 선택하여야 하지만, 어떠한 배터리 형태를 사용하기로 결정하자마자 이어지는 생산 단계, 예비 부품의 습득 및 공급 단계를 고려하여야 하며, 이는 장기간의 문제를 야기할 수 있다. 예를 들어, 명목상 표준의 실질적인 배터리 크기는 표준 크기로부터 다소간의 큰 편차가 생겨 종종 맞지 않을 것이다. 배터리의 최종 사용자는 이러한 문제에 영향을 받을 것이다.
또한, 전기 기기 산업 및 최종 수요자는 배터리 제조 산업에서의 생산 전환 또는 다른 나라에 도급을 주는 것에 의해 야기되는 문제점에 계속적으로 직면하게 되어, 결국 원하는 배터리 형태를 획득하는 것이 점점 더 어려워지고 비용이 상승하게 되며 심지어는 불가능하게 된다. 이러한 상황에서, 다소 덜 이상적인 해결책은 전기 기기를 서로 다른 배터리 형태에 맞게 개조하거나 또는 새로운 배터리 형태에 적절한 다른 연결 부품을 획득하는 것이다.
본 발명의 목적은 배터리 및 축전지(accumulator)를 사용함에 있어서 효율을 증가시키고 표준화를 제공하기 위한 가능성을 높이는 것이다.
이러한 문제점은 청구항 제1항의 특징을 가진 배터리 유닛 및 대응하는 단자 커넥터(terminal connectors)로 구성된 장치에 의해 해결된다. 본 발명의 다른 유용한 특징들은 종속 청구항에 기술된다.
본 발명에 따른 장치는 배터리 유닛 또는 축전지 유닛 및 대응하는 단자 커넥터를 포함한다. 각각의 배터리 유닛은 평행육면체의 기본 형태를 가지고, 평행육면체의 표면 중 어느 하나, 바람직하게는 그 상부면은 단자 영역(terminal area)이다. 상기 단자 영역은 길이가 a인 세로 에지(longitudinal edge) 및 길이(너비)가 b인 폭이 좁은 에지(narrow edge) 및 두 단자를 가진다. 그러나, 본 발명에서는 다른 단자가 더 있을 수 있다. 본 발명에 따르면, 길이 a는 2b와 동일하거나 거의 동일하고, 두 단자와 세로 에지 및 인접한 폭이 좁은 에지 사이의 거리는 b/2와 동일하거나 거의 동일하다. 다시 말하면, 단자 영역의 길이는 그 너비의 두 배이고, 두 단자 사이의 거리는 b이며 상기 두 단자는 단자 영역에서 대칭 위치를 가진다.
각각의 단자 커넥터는 인접한 배터리 유닛의 두 단자를 연결하기에 적합하고 그 말단에 두 연결 포인트를 가진 전기 접합(electrical junction)을 포함한다. 본 발명에 따르면, 두 연결 포인트의 거리는 b와 동일하거나 거의 동일하다. 상기 전기 접합은 예를 들어 금속성 브레이드를 포함하는 유연한 외장 케이블일 수 있다; 단열이 되거나 그렇지 않은 구즈넥(gooseneck) 또는 스터럽(stirrup) 형태의 둥글거나 평평한 금속바(metal bar)일 수도 있다. 상기 단자 커넥터는 연결 포인트에 의하여 단자에 연결될 수 있다. 상기 연결 포인트는 여러 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 연결 포인트는 단자 포인트를 단자에 고정하기 위해 나사가 삽입될 수 있도록 평평한 금속 부분에 구멍이 뚫린 아일릿(eyelets) 또는 구멍의 형태일 수 있다. 이러한 경우에 단자 커넥터의 양 단자 포인트 사이의 거리는 상기 아일릿 또는 구멍의 중심 사이에서 측정된다.
본 발명에 따른 장치의 최적의 기하학적 형태는 a=2b이고, 단자 커넥터의 두 단자 포인트 사이의 거리는 b와 동일하다. 그러나, 약간의 차이가 있어 약간의 공간이 덜 최적화된 방식으로 활용된다 하더라도, 본 발명의 기본적인 원리가 실현된다면 발명의 보호 범위 내에 있다 할 것이다. 또한, 배터리 유닛은 정확히 평행육면체의 기본 형태를 가지지 않을 수 있으며, 예컨대 부드러운 에지 또는 강화 립(reinforcing rib)과 같은 일반적인 변화를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 장치는 상기한 어려움을 방지하거나 또는 적어도 상당히 줄일 수 있는 가능성을 제공한다. 상기 장치의 배터리 유닛은 그것들이 단 하나의 커넥터 형태에 의해 결합될 수 있는 정해진 영역에 위치할 수 있고, 이는 어떠한 복합 장력 및 기본 배터리 유닛의 커패시티를 발생시키기 위해 기본 배터리 유닛을 조합함으로써 획득된다. 장력을 배가하기 위하여, 원하는 수의 배터리 유닛은 상기 단자 커넥터에 의하여 직렬로 연결될 수 있고, 반면 커패시티가 증가되어야 할 때 배터리 유닛은 병렬로 연결되어야 한다. 또한, 직병렬(series-parallel) 연결에 의해 혼합 연결도 가능하다. 결과적으로, 휠체어, 지게차 또는 다른 전기 차량과 같은 전기 장치의 제조 및 사용에 관계된 대부분의 조건을 충족시키기 위하여 단지 하나의 기본적인 배터리 형태, 즉 본 발명의 장치의 단자 커넥터와 같은 하나의 커넥터와 함께 본 발명의 장치의 배터리 유닛만이 필요하다. 본 발명의 장치를 다양한 용도에 적용시키기 위하여, 배터리 유닛 및 단자 커넥터의 크기를 다양하게 변화시킬 수 있으며, 예를 들어 높이를 서로 달리할 수 있다.
배터리 유닛은 적절하게는 상기 배터리 유닛의 두 단자 사이의 장력은 기본 장력임을 의미하는 화학적 배터리의 유용한 형태의 기본 전지를 포함한다. 또한, 배터리 유닛에 직렬로 연결될 수 있는 다수의 기본 전지를 결합하는 것이 유용할 수 있다.
상기한 단자 커넥터는 배터리 유닛를 수평적으로 서로 연결하여 더 큰 배터리 그룹을 획득할 가능성을 제공한다. 본 발명의 바람직한 특성에 따르면, 3차원 공간을 이용하기 위하여, 본 발명의 장치의 배터리 유닛은 적층될 수 있다. 이러한 경우에 만약 각 배터리 유닛의 상부면은 그 배터리 유닛 위에 포개진 다른 배터리 유닛의 하부면에 설치된 대응부와 협력하는 스페이서 요소(spacer elements)가 구비된 단자 영역을 형성한다면 바람직할 것이며 그 결과 상기 상부면과 하부면 사이에는 단자 커넥터를 위한 공간으로 사용되는 갭(gap)이 형성된다. 즉, 상기 갭은 단자 커넥터를 수용하기에 충분한 공간을 제공한다. 하부면에 설치된 대응부는 하부 배터리 유닛의 상부면에 존재하는 홈와 결합하는 돌출 다리일 수 있으며, 이로 인해 배터리 유닛의 이동에 대한 조절이 가능하다; 이러한 경우에 상기 홈는 "스페이서 요소"로 언급될 수 있다.
만약 둘 이상의 배터리 유닛이 층으로 배열된다면, 각 층 내의 배터리 유닛들은 상기 언급한 단자 커넥터에 의해 서로 연결되고, 몇몇 경우에는 인접한 층에 존재하는 배터리 유닛의 일부 단자를 서로 연결할 필요가 있다. 이러한 목적을 위하여 본 발명에 따른 장치는 수직 커넥터(vertical connector)인 다른 형태의 커넥터를 제공한다. 두 인접한 적층 배터리 유닛의 인접한 단자의 거리는 h이다. 상기 수직 커넥터는 상기 두 단자의 연결을 위해 적합하다. 각각의 수직 커넥터의 기본적인 형태는 바람직하게는 중심부와 상기 중심부의 말단에서 돌출된 두 개의 암을 가진 스터럽(stirrup)의 기본 형태이고, 각 암은 그 자유단에 연결 포인트를 가진다. 중심부의 길이는 거리 h와 동일하거나 거의 동일하고 연결 포인트까지의 각 암의 길이는 b/2와 동일하거나 거의 동일하다. 배터리 유닛의 외벽과 접촉할 수 있고 또는 바람직하게는 배터리 유닛의 벽에 구비된 홈과 연결될 수 있는 수직 커넥터의 위치에 따라서, 상기 암의 길이는 변할 수 있다. 또한 중심부의 정확한 길이는 구조상의 세부 사항에 따라 좌우된다. 수직 커넥터의 연결 포인트는 과도한 기계적인 스트레스를 유발함이 없이 배터리 유닛의 단자에 연결될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 형태에 따르면, 배터리 유닛의 단자 사이의 공간 및/또는 배터리 유닛의 상부면과 적층된 다른 배터리 유닛의 하부면 사이의 갭의 공간은 전기 또는 전자 모니터링 및/또는 제어 기구를 포함할 수 있다. 전류 전송을 위해 필요하지 않은 단자 영역 상의 공간은 배터리 유닛의 적층을 돕는 수단(기술된 것처럼 대응부와 결합하는 스페이서 요소, 예를 들어 대응부와 결합하는 상승된 림 형태)를 위해 사용될 뿐만 아니라 상기 배터리 유닛 또는 다수의 배터리 유닛으로 구성된 배터리 그룹을 모니터링 하거나 조절하기 위한 전기 또는 전자 장치, 예를 들어 전압, 전류, 온도, 가스 압력, 충전 상태, 충전 횟수 등과 같은 배터리 변수의 모니터링 및/또는 조절을 위한 전기 또는 전자 장치를 수용하기 위해 사용될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 기술될 것이다.
도 1은 병렬로 나란히 배치된 두 배터리 유닛의 평면도,
도 2는 직렬로 연결된 배터리 유닛의 서로 다른 두 가지 배열 형태를 도시한 평면도(a 및 b),
도 3은 몇몇 적층된 배터리 유닛의 측면도,
도 4는 배터리 유닛들이 수직 커넥터에 의해 직렬로 서로 연결된 형태를 도시한 도 3과 유사한 측면도, 및
도 5는 케이스의 덮개가 제거된 배터리 유닛의 일 실시 형태의 개략적인 평면도이다.
도 1은 본 발명의 장치(1)의 구성 요소에 대한 개략적인 평면도이다. 상기 실시예에서, 두 개의 배터리 유닛(2,2')은 나란히 배열되고 두 개의 단자 커넥터에 의해 병렬로 서로 연결된다. 상기 배터리 유닛(2)은 평행육면체이고 그 상부면은 단자 영역(3)을 형성한다. 상기 단자 영역(3)은 길이가 a인 세로 에지(4) 및 너비가 b인 폭이 좁은 에지(5)를 가진다. 상기 단자 영역(3) 상에는 두 개의 단자(6,7)가 제공된다; 도 1의 실시예에서, 상기 단자(6)는 양극이고 다른 단자(7)는 음극이다. 세로 에지(4) 뿐만 아니라 인접한 폭이 좁은 에지(5)에 대한 각 단자(6,7)의 거리는 b/2와 동일하다. 이는 두 단자(6,7) 사이의 거리가 b이고, 예를 들어 단자(6,7)에 제공된 나사 스레드의 축으로 언급된다.
도 1에 도시된 것처럼, 두 배터리 유닛(2)는 나란히 배열되고, 도 1에서 하단의 유닛은 참조 번호 2'로 기재된다. 양 배터리 유닛(2,2')이 서로 동일하므로, 서로 동일한 참조 번호를 사용한다. 양 단자(6)는 단자 커넥터(10)에 의해 서로 연결된다. 도시된 실시예에서, 단자 커넥터(10)는 평평한 금속바(12)로 구성되고 그 단부는 구멍(아일릿의 중심)을 가진 연결 포인트(16,17)를 구성하도록 확대되어 아일릿(eyelets)을 형성한다. 상기 연결 포인트(16,17) 사이의 거리는 b이고, 상기 구멍의 축으로 언급된다. 일 실시예에서, 단자 커넥터(10)는 나사 너트에 의해 상기 단자(6) 각각에 고정된다. 동일한 단자 커넥터(10)는 두 배터리 유닛(2,2')의 단자들(7), 즉 음극들을 서로 연결한다. 상기한 것처럼, 다른 형태의 단자 커넥터도 사용 가능하다.
도 1의 실시예에 따르면, 두 배터리 유닛(2,2')은 병렬로 연결된다. 이러한 방식으로 배터리 그룹은 각각의 배터리 유닛(2)의 장력을 가지도록 실현되지만, 각각의 단일 배터리 유닛(2)은 각각의 배터리 유닛(2)의 2배의 충전 커패시티를 가지고 전류를 2배로 제공한다.
도 2는 동일한 높이로 배열되고 단자 커넥터(10)에 의해 서로 연결된 배터리 유닛(2)의 다른 배열 형태를 도시한다. 도 2의 a 부분에서 도시된 배터리 그룹은 일렬이지만, b 부분에서는 두 열의 배터리 유닛(2)으로 되어 있다. 두 경우 모두에서 하나의 배터리 유닛(2)의 단자(6)(양극)는 인접한 배터리 유닛(2)의 단자(7)(음극)에 연결되고 그 결과 배터리 유닛(2)은 직렬로 서로 연결된다. 이는 마지막 배터리 유닛(2)의 자유 단자들 사이의 총 장력이 각각의 배터리 유닛(2)의 장력의 배가 됨을 의미한다.
도 3은 다수의 적층된 배터리 유닛(2)를 포함하는 배터리 그룹을 도시한다. 상기 배터리 유닛(2)의 적층을 용이하게 하기 위하여, 다수의 스페이서 요소(20)는 각각의 배터리 유닛(2)의 상부면(단자 영역(3))에서 돌출하여 그 위에 적층된 배터 리 유닛(2')의 하부면에 구비된 대응하는 홈(22)에 들어간다. 이러한 방식으로, 배터리 유닛(2,2')은 서로에 대하여 움직일 수 없다. 배터리 유닛(2)의 상부면(24)과 배터리 유닛(2')의 하부면(26) 사이에는 갭(28)이 존재하며 도 1 및 도 2에 도시된 것처럼 단자 커넥터(10)로 미리 정해진 층의 배터리 유닛(2)를 서로 연결하기에 충분한 공간이 있다. 또한, 상기 갭(28)은 단일 배터리 유닛(2) 또는 전체 배터리 그룹을 모니터하기 위해 사용될 수 있는 전자 구성 요소를 위한 자리로서 사용될 수 있다.
더욱더 다양한 연결을 위하여, 본 발명의 장치는 배터리 블럭의 인접한 층의 배터리 유닛(2)의 단자를 서로 연결하기 위하여 수직 커넥터(30)를 더 포함한다. 이는 도 4에 도시되어 있다.
각각의 수직 커넥터(30)는 설치되었을 때 수직 중심부(32) 및 암(34,35)을 포함하는 스터럽(stirrup)의 기본 형태를 가진다. 중심부(32)의 길이는 h이고, 서로 인접하여 적층된 두 개의 배터리 유닛(2,2')의 인접한 단자 사이의 거리에 대응하고 또는 그 거리에 대응한다. 암(34 및 35)의 자유단은 단자 커넥터(10)의 연결 포인트와 유사한 연결 포인트이고, 각각 나사 너트에 의해 단자(6,7)에 고정될 수 있다. 도 4는 배터리 유닛(2,2')이 직렬로 연결되는 배열 상태를 나타낸다.
각 암(34,35)의 길이는 b/2와 동일하거나 거의 동일하다. 도 4의 실시예에서, 상기 암(34,35)은 조금 더 길다. 만약 수직 커넥터(30)의 중심부(32)가 배터리 유닛(2)의 벽에 구비된 홈에 연결된다면, 암(34 및 35)의 길이는 b/2 보다 조금 더 작을 수 있다.
도 5는 덮개가 제거된 배터리 유닛(2)의 상부면(단자 영역(3))을 개략적으로 도시한 도면이다. 단자(6,7)는 배터리 유닛(2)의 대응하는 배터리 전지(상기 실시예에서 다수의 기본 전지로 구성됨)의 각각의 전기 액세스(electric access)(40,41)와 일직선으로 배열되지는 않지만, 서로 엇갈리게 배치된다. 단자(6,7)와 상기 액세스(40,41) 사이의 연결은 전기 커넥터(42,43)에 의해 실현된다. 상기 실시예에서, 전기 커넥터(42)는 배터리 유닛(2)의 모니터링 및 제어를 위해 사용될 정보를 획득하기에 적합한 분로(shunt)가 구비된다. 또한, 전자 장치(46)는 단자들(6,7) 사이에 제공되며 배터리 유닛의 모니터 또는 제어를 위해 사용된다. 상기 전자 장치(46)는 또한 케이스의 덮개 상에 위치할 수 있다. 상기 전자 장치(46)와 단자들(6,7) 및 분로(44)의 전기적인 상호 접속은 도 5에 도시되지 않았다.

Claims (8)

  1. 하나 이상의 기본 전지를 각각 포함하는 다수의 배터리 유닛으로 구성된 장치에 있어서,
    각각의 배터리 유닛(2)은 직각 평행육면체 형태이고, 상부면(24)은 두 개의 단자(6,7)를 포함하는 단자 영역(3)을 형성하고,
    상기 상부면(24)은 길이가 (a)인 세로 에지(4)와, 너비가 (b)인 폭이 좁은 측면 에지(5)를 갖고,
    상기 길이 (a)는 상기 너비 (b)의 두 배이고,
    각각의 단자(6,7)로부터 상기 세로 에지(4)와 상기 측면 에지(5)에 대한 거리는 너비 (b)의 절반인 (b/2)이고,
    인접하는 배터리 유닛(2,2')의 단자(6,7)는 전기 접합(12)으로 이루어진 단자 커넥터(10)에 의해 서로 연결되고, 상기 전기 접합은 각각 말단에 두 개의 연결 포인트(16,17)를 포함하고, 상기 연결 포인트 사이의 거리는 너비 (b)와 동일하고,
    상기 배터리 유닛은 두 개의 적층되는 배터리 유닛(2,2') 사이에 갭(28)이 제공되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    각각의 상기 배터리 유닛(2)의 상부면(24)에는 스페이서 요소(20)가 제공되고, 상기 스페이서 요소는 적층된 배터리 유닛(2')의 하부면(26)에 위치된 대응하는 대응부(22)와 결합하고,
    상기 스페이서 요소(20)는 상기 상부면(24)과 상기 하부면(26) 사이에 갭(28)을 생성하여 상기 단자 커넥터(10)를 위한 공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 인접하여 적층된 두 배터리 유닛(2,2')의 인접한 단자(6,7)는 스터럽 형상을 갖는 수직 커넥터(30)에 의해 서로 연결되고,
    상기 스터럽은 수직 중심부(32)와, 상기 수직 중심부(32)의 단부로부터 수평적으로 돌출하는 두 개의 암(34,35)으로 구성되고,
    상기 암(34,35)은 각각 대응하는 단자(6,7)에 연결되는 연결 포인트(16, 17)를 자유단에 갖고,
    각각의 상기 암(34,35)으로부터 연결 포인트(16,17)까지의 길이는 상기 너비 (b)의 절반인 (b/2)이고,
    상기 중심부(32)의 길이 (h)는 두 개의 직접 적층된 배터리 유닛(2,2')의 인접하는 단자(6,7) 사이의 거리와 동일한 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 배터리 유닛(2)의 벽에는 상기 수직 커넥터(30)와의 연결을 위한 홈이 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배터리 유닛(2)의 단자(6,7) 사이의 공간 또는 상기 배터리 유닛(2)의 상부면(24)과 그 위에 적층된 다른 배터리 유닛(2')의 하부면(26) 사이의 갭(28)에는 전기 또는 전자 모니터링 및 제어 기구를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단자(6,7) 중 하나 이상은 대응하는 배터리 전지에 전기 액세스(electric access)(40,41)와 일직선으로 배열되지 않고 서로 엇갈리게 배치되고, 상기 전기 액세스에 대한 단자의 연결은 분로(shunt)(44)가 구비된 전기 커넥터(42,43)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 분로(44)를 통하여, 배터리 유닛(2)의 모니터링 및 제어를 위해 사용될 정보를 얻을 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 삭제
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