KR101312141B1 - 리튬계열 단전지를 사용한 직류 전원 백업 장치 - Google Patents

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Abstract

리튬계열 단전지를 사용한 직류 전원 백업 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 리튬계열 단전지를 사용한 직류 전원 백업 장치는 다수 개의 리튬이온 단전지들(100)과 상기 단전지들(100)을 수납하는 케이스(102)와 전면을 향하여 배치되며 상기 단전지들(100)로부터의 전압을 공급하는 도전판(106)과 상기 도전판(106)에 접속되며 전면으로 돌출된 볼트 형상의 단자(108)를 구비하는 단위 팩(10)과, 판형의 전기 전도성 판으로서 상기 볼트 형상의 단자(108)에 상응하는 위치에 관통홀을 구비하여 상기 단자(108)의 볼트에 너트(110)를 체결함으로써 좌우 또는 상하의 단위 팩(10)을 전기적으로 도통시키는 연결판(12), 및 상기 단위 팩(10)이 안착되는 안착부(200)와 상기 단위 팩(10)에 공기 흐름을 제공하는 개방부(202)로 이루어지며 단위 팩(10) 개수에 상응하는 갯수의 안착룸들을 구비하여 다수 개의 상기 단위 팩(10)들이 적층 및 나열되어 실장되는 캐비넷을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 리튬계열 단전지를 사용한 직류 전원 백업 장치는 이차전지를 사용함으로써 종래의 납축 전지 방식의 UPS 장치에 비하여 공간을 적게 차지하면서도, 공기는 전면으로 향하지 않고 상부로만 흐를 수 있기 때문에 상하 방향으로 원활한 열 배출이 가능하여 폭발의 위험성은 제거되었다. 또한, 본 발명에 따른 리튬계열 단전지를 사용한 직류 전원 백업 장치는 전면에서 단위 셀들을 탈실장이 가능하여 유지 보수가 편리하고, 단자들 사이를 동판으로 연결하기 때문에 전선을 사용하는 경우에 비하여 굵기 및 곡률 반경등을 고려하면 전선에 비하여 공간을 적게 차지한다. 또한, 단위 팩들의 갯수와 적절한 동판의 선택에 의하여 시스템의 유연성있는 용량별 구성이 가능하다.

Description

리튬계열 단전지를 사용한 직류 전원 백업 장치{DC power supply backup device using litium series end cell batteries}
본 발명은 직류 전원 백업 장치에 관한 것으로 특히 다수 개의 리튬계열 단전지를 기반으로 하면서 유피에스 백업 장치와 같은 DC 전원을 필요로 하는 장치에 대한 직류 전원 백업 장치에 관한 것이다.
UPS(uninterruptible power supply)는 상용 전원에서 발생 가능한 전원 장애를 극복하여 양질의 안정된 교류 전력을 공급하는 장치로 무정전전원공급장치라고도 한다. 일반 전원 또는 예비 전원 등을 사용할 때 전압 변동, 주파수 변동, 순간 정전, 과도 전압 등으로 인한 전원 이상을 방지하고 항상 안정된 전원을 공급하여 주는 장치이다. 컴퓨터의 보급 확대와 더불어 그 수요가 급증하고 있다.
최근에는 금융, 방송, 산업 등 신뢰성이 요구되는 시스템이 증가함에 따라 병렬운전 UPS의 도입이 확산되고 있으며 정보화 사회로의 급진전으로 모든 시스템이 네트워크화 됨에 따라 UPS도 네트워크상에서 관리할 필요성이 증대되었으며 공급자인 UPS 제조업체에서도 원격으로 감시, 제어할 뿐만 아니라 원격 진단, 사후 관리를 함으로서 제품의 고부가가치화, 신뢰성 제고 및 경비절감 등을 꾀하고 있다.
UPS 장치는 무정전을 위하여 배터리의 백업이 요구되는데, 종래의 UPS 장치용 백업 장치는 일반적으로 대형으로 구현하기 위하여 납축 전지 또는 Ni-Cd 전지를 사용하고 있다. 하지만 납축 전지는 리튬이온 전지와 같은 이차전지에 비하여 효율이 낮고 장치의 크기가 커지기 때문에 공간을 많이 차지할 뿐만 아니라 메모리 효과가 있어 수명이 짧다는 문제점이 있다. 따라서, 공간측면이나 유지보수 측면을 고려하면 리튬계열의 이차 전지를 사용하는 것이 바람직한데, 리튬 계열의 이차 전지는 폭발의 위험성이 높다는 문제점이 있다.

한편, 국내공개특허 제2006-0042970호 (2006.05.15. 공개, 이하 “종래기술 1”이라 한다)는 리튬 전지 등의 2차 전지의 직류전력에 의하여 부하에의 전력공급을 백업하는 직류 백업전원장치를 개시하고 있고, 일본공개특허 제2011-100727호 (2011.05.19. 공고, 이하 “종래기술 2”라 한다)는 복수의 전지 모듈 간을 별도의 프레임이 없이 용이하게 연결하는 전지 모듈 및 전지 팩을 개시하고 있다.
하지만, 종래 기술 1은 2차 전지를 사용하고 있으나 저전압에 적합하게 병렬 연결되는 구조에 해당하고 종래 기술 2 역시 전지 모듈을 수평 및 수직으로 적층하여 별도의 프레임이 없이 엔드 플레이트가 장착된 동일한 구조의 전지 모듈을 사용하여 적층 고정하는 것이 가능한 구조를 개시하고 있을 뿐이어서 380V급의 고전압을 사용하는 분야에서 이차전지를 기반으로 하면서 유지보수가 용이한 직류 전원 백업 장치에 대한 요구가 존재한다 할 것이다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 다수 개의 리튬계열의 단전지인 이차전지를 사용함으로써 종래의 납축 전지 방식의 DC 전원 백업 장치에 비하여 공간을 적게 차지하면서도 폭발의 위험성은 제거한 DC 전원 백업 장치를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명에 따른 리튬계열 단전지를 사용한 직류 전원 백업 장치는,
다수 개의 리튬이온 단전지들(100)과 상기 단전지들(100)을 수납하는 케이스(102)와 전면을 향하여 배치되며 상기 단전지들(100)로부터의 전압을 공급하는 도전판(106)과 상기 도전판(106)에 접속되며 전면으로 돌출된 볼트 형상의 단자(108)를 구비하는 단위 팩(10)과;
판형의 전기 전도성 판으로서 상기 볼트 형상의 단자(108)에 상응하는 위치에 관통홀을 구비하여 상기 단자(108)의 볼트에 너트(110)를 체결함으로써 좌우 또는 상하의 단위 팩(10)을 전기적으로 도통시키는 연결판(12); 및
상기 단위 팩(10)이 안착되는 안착부(200)와 상기 단위 팩(10)에 공기 흐름을 제공하는 개방부(202)로 이루어지며 단위 팩(10) 개수에 상응하는 갯수의 안착룸들을 구비하여 다수 개의 상기 단위 팩(10)들이 적층 및 나열되어 실장되는 캐비넷(20);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 리튬계열 단전지를 사용한 직류 전원 백업 장치는 일정 거리만큼 이격되어 상기 도전판(106)을 덮는 절연커버(130);를 더 포함하고, 상기 절연 커버(130)의 중앙에서 상기 단자(108)의 위치에 상응하는 위치에 체결 작업을 위한 창(132)을 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 캐비넷(20)은 상층 구역과 하층 구역으로 나뉘어지고,
상층 구역의 상부에 구비되는 제1 공기 배출 팬과;
하층 구역의 상부에 구비되는 제2 공기 배출 팬과;
상기 제2 공기 배출 팬으로부터 일정 간격만큼 이격된 상부는 상층 구역과 하층 구역을 격리시키는 격리판; 및
상기 격리판의 상부에 구비되는 것으로 전면으로 개방된 에어 개방부(220)와 에어 개방부(220)를 통하여 유입된 공기를 상층 구역으로 유도하도록 상측으로 경사지게 이루어지는 경사판(224)을 구비한 에어 버플(22);을 더 포함하는 것이 보다 바람직하다.
상기와 같은 본 발명에 따른 리튬계열 단전지를 사용한 직류 전원 백업 장치는 이차전지를 사용함으로써 종래의 납축 전지 방식의 UPS 장치에 비하여 공간을 적게 차지하면서도, 공기는 전면으로 향하지 않고 상부로만 흐를 수 있기 때문에 상하 방향으로 원활한 열 배출이 가능하여 폭발의 위험성은 제거되었다. 또한, 본 발명에 따른 리튬계열 단전지를 사용한 직류 전원 백업 장치는 전면에서 단위 셀들을 탈실장이 가능하여 유지 보수가 편리하고, 단자들 사이를 동판으로 연결하기 때문에 전선을 사용하는 경우에 비하여 굵기 및 곡률 반경등을 고려하면 전선에 비하여 공간을 적게 차지한다. 또한, 단위 팩들의 갯수와 적절한 동판의 선택에 의하여 시스템의 유연성있는 용량별 구성이 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 리튬계열 단전지를 사용한 직류 전원 백업 장치에 사용되는 단위 팩의 구조를 나타낸 사시도,
도 2는 도 1의 단위 팩을 정면에서 도시한 도면,
도 3은 도 1의 단위 팩에 전압 및 온도를 측정하기 위한 케이블이 후면으로 연장되는 구조를 설명하기 위한 상면도,
도 4는 도 1의 단위 팩을 후면에서 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 리튬계열 단전지를 사용한 직류 전원 백업 장치의 구조를 나타낸 분해 사시도,
도 6은 본 발명에 따른 리튬계열 단전지를 사용한 직류 전원 백업 장치에 단위 팩을 모두 실장한 상태를 나타낸 사시도,
도 7은 도 6에 도시한 직류 전원 백업 장치의 전기적인 결선 상태를 설명하기 위한 도면,
도 8은 본 발명에 따른 리튬계열 단전지를 사용한 직류 전원 백업 장치의 단위 셀이 장착되는 캐비넷 구조를 나타낸 단면도, 및
도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 리튬계열 단전지를 사용한 직류 전원 백업 장치의 냉각 상태를 설명하기 위한 도면.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1에는 본 발명에 따른 리튬계열 단전지를 사용한 직류 전원 백업 장치에 사용되는 단위 팩의 구조를 사시도로써 나타내었다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 리튬계열 단전지를 사용한 직류 전원 백업 장치는 다수 개의 단위 팩(10)을 캐비넷(20)에 실장하는 구조로 이루어진다. 단위 팩(10)은 다수 개의 리튬이온 단전지들(100)과 상기 단전지들(100)을 수납하는 케이스(102)와 전면을 향하여 배치되며 상기 단전지들(100)로부터의 전압을 공급하는 도전판(106)과 상기 도전판(106)에 접속되며 전면으로 돌출된 볼트 형상의 단자(108)를 구비한다. 또한, 상기 단위 팩(10)은 일정 거리만큼 이격되어 상기 도전판(106)을 덮는 절연커버(130)를 더 포함하는 것이 바람직하고, 상기 절연 커버(130)의 중앙에서 상기 단자(108)의 위치에 상응하는 위치에 창(132)을 구비하도록 하여 다른 단위 셀들과의 체결 작업을 용이하다.
도 2에는 도 1의 단위 팩을 정면에서 도시한 도면을 나타내었으며, 도 3에는 도 1의 단위 팩(10)에 전압 및 온도를 측정하기 위한 케이블이 후면으로 연장되는 구조를 설명하기 위한 상면도를 나타내었다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 도 1의 단위 팩(10)에는 전압 및 온도를 측정하기 위한 케이블이 후면으로 연장되며, 케이블이 외부로 노출되어 캐비넷(20)이 장착 및 탈착하는 과정에서 손상을 입지 않도록 홈(104)을 구비함으로써 케이블(150)을 상기 홈(104)에 은닉시킬 수 있도록 한다.
도 4에는 도 1의 단위 팩을 후면에서 도시한 도면을 나타내었다. 도 4를 참조하면, 단위 팩(10)은 측정된 전압과 온도를 미리 정한 형식으로 변환하여 변환된 데이터를 전송하기 위한 제어 보드(400)를 구비하고 상기 케이블(150)이 접속되며, 변환된 데이터를 전송하기 위한 RS-485 포트(402)를 구비한다.
도 5에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 리튬계열 단전지를 사용한 직류 전원 백업 장치의 구조를 분해 사시도로써 나타내었다. 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 리튬계열 단전지를 사용한 직류 전원 백업 장치는 도 1을 참조하여 설명한 바와 같은 다수 개의 리튬이온 단전지들(100)과 상기 단전지들(100)을 수납하는 케이스(102)와 전면을 향하여 배치되며 상기 단전지들(100)로부터의 전압을 공급하는 도전판(106)과 상기 도전판(106)에 접속되며 전면으로 돌출된 볼트 형상의 단자(108)를 구비하는 단위 팩(10)을 실장하는 것으로, 상기 단위 팩(10)이 안착되는 안착부(200)와 상기 단위 팩(10)에 공기 흐름을 제공하는 개방부(202)로 이루어지며 단위 팩(10) 개수에 상응하는 갯수의 안착룸들을 구비하여 다수 개의 상기 단위 팩(10)들이 적층 및 나열되어 실장되는 캐비넷(20)을 구비하며, 상기 단위 팩(10)들을 전기적으로 직렬로 접속하여 소망하는 전압을 얻기 위하여 판형의 전기 전도성 판으로서 상기 볼트 형상의 단자(108)에 상응하는 위치에 관통홀을 구비하여 상기 단자(108)의 볼트에 너트(110)를 체결함으로써 좌우 또는 상하의 단위 팩(10)을 전기적으로 도통시키는 연결판(12)을 구비한다.
도 6에는 본 발명에 따른 리튬계열 단전지를 사용한 직류 전원 백업 장치에 단위 팩을 모두 실장한 상태를 사시도로써 나타내었으며, 도 7에는 도 6에 도시한 직류 전원 백업 장치의 전기적인 결선 상태를 설명하기 위한 도면을 나타내었다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 단위 팩(10)들 사이에는 연결판(12)이 체결되고 일정 거리만큼 이격되어 상기 도전판(106)을 덮는 절연커버(130)로 덮는다. 하나의 캐비넷에는 다수 개의 단위 팩이 실장되며, 하나의 단위 팩은 예컨대 3.6V × 6 = 21 V의 전압을 공급하고 21 V × 18 개의 단위 팩 = 380 V의 전압을 공급한다.
리튬이온 배터리는 과열되면 폭발할 수 있는 위험성이 있어 효율적으로 냉각할 수 있는 구조일 것이 요구된다. 이를 위하여 본 발명에 따르면 단위 셀들이 실장되는 캐비넷의 구조를 효율적인 냉각이 가능한 구조로 설계된다. 도 8에는 본 발명에 따른 리튬계열 단전지를 사용한 직류 전원 백업 장치의 단위 셀이 장착되는 캐비넷 구조를 나타내었다. 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 리튬계열 단전지를 사용한 직류 전원 백업 장치에 구비되는 캐비넷은 상기 단위 팩(10)이 안착되는 안착부(200)와 상기 단위 팩(10)에 공기 흐름을 제공하는 개방부(202)로 이루어지며 단위 팩(10) 개수에 상응하는 갯수의 안착룸들을 구비하여 다수 개의 상기 단위 팩(10)들이 적층 및 나열되어 실장된다.
도 9 및 도 10에는 본 발명에 따른 리튬계열 단전지를 사용한 직류 전원 백업 장치의 냉각 상태를 설명하기 위한 도면을 나타내었다. 도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 리튬계열 단전지를 사용한 직류 전원 백업 장치의 캐비넷은 상층 구역과 하층 구역으로 나뉘어지고, 상층 구역의 상부에 구비되는 제1 공기 배출 팬과, 하층 구역의 상부에 구비되는 제2 공기 배출 팬과, 상기 제2 공기 배출 팬으로부터 일정 간격만큼 이격된 상부는 상층 구역과 하층 구역을 격리시키는 격리판, 및 상기 격리판의 상부에 구비되는 것으로 전면으로 개방된 에어 개방부(220)와 에어 개방부(220)를 통하여 유입된 공기를 상층 구역으로 유도하도록 상측으로 경사지게 이루어지는 경사판(224)을 구비한 에어 버플(22)을 포함한다.
이러한 구조로 이루어짐으로써 상층 구역의 상부에 구비되는 제1 공기 배출 팬은 상층 구역에서 발생한 열을 배출하고, 하층 구역의 상부에 구비되는 제2 공기 배출 팬은 상층 구역에서 발생한 열을 배출하는데, 격리판은 하층 구역에서 올라오는 열이 상층 구역에 영향을 미치지 않도록 하며, 에어 버플(22)은 하층 구역에서 올라오는 공기를 사용하지 않고 캐비넷의 전면에서 공기를 빨아들여 상층 구역으로 유도하고, 열은 캐비넷 후면 방향으로 배출하게 된다. 단자대는 전면쪽으로 배치함으로써 공기는 전면으로 향하지 않고 상부로만 흐를 수 있기 때문에 상하 방향으로 원활한 열 배출이 가능하여 장치의 안정성이 높다.
상기와 같은 본 발명에 따른 리튬계열 단전지를 사용한 직류 전원 백업 장치는 전면에서 단위 셀들을 탈실장이 가능하여 유지 보수도 편리하다. 또한, 본 발명에 따른 리튬계열 단전지를 사용한 직류 전원 백업 장치는 단자들 사이를 동판으로 연결하기 때문에 전선을 사용하는 경우에 비하여 굵기 및 곡률 반경등을 고려하면 전선에 비하여 공간을 적게 차지한다. 또한, 상기와 같은 본 발명에 따른 리튬계열 단전지를 사용한 직류 전원 백업 장치는 단위 팩들의 갯수와 적절한 동판의 선택에 의하여 시스템의 유연성있는 용량별 구성이 가능하다는데 주목할 필요가 있다.
10 : 단위 팩
100 : 리튬이온 단전지들 102 : 케이스
104: 홈 106 : 도전판
108 : 볼트 형상의 단자
130 : 절연 커버 132 : 창
12 : 연결판
20 : 캐비넷
200 : 안착부 202 : 개방부
204 : 제1 공기 배출 팬 206 : 제2 공기 배출 팬;
208 : 격리판
22 : 에어 버플
220 : 에어 개방부 224 : 경사판

Claims (3)

  1. 다수 개의 리튬이온 단전지들(100)과 상기 단전지들(100)을 수납하는 케이스(102)와, 캐비넷(20)의 전면을 향하여 배치되며 상기 단전지들(100)로부터의 전압을 공급하는 도전판(106), 및 상기 도전판(106)에 접속되며 전면으로 돌출된 볼트 형상의 단자(108)를 구비하는 단위 팩(10);
    판형의 전기 전도성 판으로서 상기 볼트 형상의 단자(108)에 상응하는 위치에 관통홀을 구비하여 상기 단자(108)의 볼트에 너트(110)를 체결함으로써 좌우 또는 상하의 단위 팩(10)을 전기적으로 도통시키는 연결판(12, 120);
    상기 단위 팩(10)이 안착되는 안착부(200)와 상기 단위 팩(10)에 공기 흐름을 제공하는 개방부(202)로 이루어지며 단위 팩(10) 개수에 상응하는 갯수의 안착룸들을 구비하여 다수 개의 상기 단위 팩(10)들이 적층 및 나열되어 실장되는 캐비넷(20); 및
    일정 거리만큼 이격되어 상기 도전판(106)을 덮는 절연커버(130);를 포함하고,
    상기 절연 커버(130)의 중앙에서 상기 단자(108)의 위치에 상응하는 위치에 체결 작업을 위한 창(132)을 구비하며,
    상기 단위 팩(10)은,
    측정된 전압과 온도를 미리 정한 형식으로 변환하여 변환된 데이터를 전송하기 위한 제어 보드(400);
    케이블(150)이 접속되며, 변환된 데이터를 전송하기 위한 RS-485 포트(402); 및
    전압 및 온도를 측정하기 위한 케이블이 후면으로 연장되며, 케이블이 외부로 노출되어 캐비넷(20)이 장착 및 탈착하는 과정에서 손상을 입지 않도록 상기 케이블을 은닉시키는 홈(104);을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬계열 단전지를 사용한 직류 전원 백업 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 캐비넷(20)은 상층 구역과 하층 구역으로 나뉘어지고,
    상층 구역의 상부에 구비되는 제1 공기 배출 팬;
    하층 구역의 상부에 구비되는 제2 공기 배출 팬;
    상기 제2 공기 배출 팬으로부터 일정 간격만큼 이격된 상부는 상층 구역과 하층 구역을 격리시키는 격리판; 및
    상기 격리판의 상부에 구비되는 것으로 전면으로 개방된 에어 개방부(220)와 에어 개방부(220)를 통하여 유입된 공기를 상층 구역으로 유도하도록 상측으로 경사지게 이루어지는 경사판(224)을 구비한 에어 버플(22)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬계열 단전지를 사용한 직류 전원 백업 장치.
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KR20060042970A (ko) * 2004-09-10 2006-05-15 히다찌 컴퓨터 기끼 가부시끼가이샤 정보처리장치 및 직류 백업전원장치
JP2011100727A (ja) * 2009-11-05 2011-05-19 Sb Limotive Co Ltd 電池モジュール及び電池パック

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