KR101343844B1 - 전동 지게차의 전원 공급시스템 - Google Patents

전동 지게차의 전원 공급시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전동 지게차의 전원 공급시스템에 관한 것이다. 본 발명의 공급시스템은, 차량의 동력을 공급하기 위한 리튬 이온 배터리가 탑재된 전원 공급부와, 상기 전원 공급부에서 공급받은 직류전력을 교류전력으로 변환하는 인버터(Inverter)와, 상기 인버터로부터 변환된 교류전력을 받아 차량을 구동시키는 구동모터와, 상기 구동모터의 회전수를 제어하는 제어부를 포함하는 전동 지게차에 있어서, 상기 전원 공급부는, 동력원인 리튬 이온 배터리를 탑재하기 위한 배터리 탑재부와; 상기 배터리 탑재부의 무게가 증가하도록 상기 배터리 탑재부의 일측에 설치되는 웨이트와; 리튬 이온 배터리의 전원재생량을 판독하기 위해 설치되는 배터리 수명판독부와; 상기 배터리 수명판독부에 측정된 배터리 수명을 디스플레이하기 위한 잔량표시부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 본 발명에 의하면, 전동 지게차의 동력원을 리튬 이온 배터리로 교체함으로써 배터리의 수명에 대한 판독기능과 충전하고자 하는 시간을 단축시킬수 있으며, 셀의 장착에 의한 효율적인 냉각효능으로 리튬 이온 배터리를 효과적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.

Description

전동 지게차의 전원 공급시스템{ELECTRIC POWER SOURCE SUPPLY SYSTEM OF MOTOR FORK LIFT TRUCK}
도 1은, 종래 기술의 전동 지게차가 구동되는 시스템을 나타낸 도면,
도 2는, 본 발명의 전동 지게차가 구동되는 시스템을 나타낸 도면,
도 3은, 본 발명의 배터리 탑재부를 나타낸 사시도,
도 4는, 본 발명에 따른 배터리 탑재부의 각 구성요소를 나타낸 분해 사시도,
도 5는, 본 발명에 따른 웨이트를 나타낸 사시도,
도 6은, 상기 배터리 케이스의 단자구조를 나타낸 도면,
♣ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♣
15 : 전원 공급부 20 : 인버터
25 : 구동모터 30 : 제어부
32 : 회로차단기 35 : 배터리 탑재부
40 : 웨이트 45 : 배터리 수명판독부
50 : 잔량 표시부 55 : 셀
60 : 탑재실 65 : 배터리 케이스
70 : 제 1 고정판 75 : 제 2 고정판
80 : 단자 85 : 메탈블록
90 : 블록컨넥터 95 : 제 1 분할 케이스
100 : 제 2 분할 케이스 105 : 충전단자
110 : 인버터 단자
본 발명은 전동 지게차의 전원 공급시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 종전의 납 배터리에서 리튬 이온 배터리로 교체함에 있어서, 이에 따른 배터리 탑재구조 및 시스템의 변경된 구조에 대한 전동 지게차의 전원 공급시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 각종 작업장에는 화물을 들어올리고 내리거나 그 화물을 필요한 위치로 운반하는데 지게차가 사용되고 있다. 이러한 지게차는 동력원에 따라 엔진식 지게차와 전동식 지게차로 구분되며, 이중, 실내에서는 공해 등의 이유로 인해 대부분 전동식 지게차가 사용되고 있다.
한편, 전동 지게차에는 주행모터 및 유압펌프 등과 같은 동력장치에 전원을 공급해야 하므로, 전원 공급을 위한 배터리와 배터리 충전을 위한 충전장치가 필수적으로 탑재된다. 이러한 동력장치에 전원을 공급하는 종래의 동력원으로는 납 배터를 사용하고 있다.
이렇게 사용되고 있는 전동 지게차의 충분한 주행거리 및 동력 성능을 가지 기 위해서는 동력원인 배터리의 성능이 관건으로 작용하고 있는데, 종래에 사용되고 있는 납 배터리에 대해서는 에너지 밀도당 주행거리가 짧은 문제점이 있다.
그러므로 전동 지게차 외에 배터리를 동력으로 하는 산업차량에서 적용되는 납 배터리는, 에너지 밀도가 30wh/kg으로 50mile이내의 짧은 주행거리를 가지기 때문에 에너지 밀도에 대응하여 고효율의 전원을 공급할 수 있는 동력원으로 리튬 이온 배터리로 대체되고 있는 실정이다.
그런데 이러한 리튬 이온 배터리로 대체되고 있는 상황에서 상기 리튬 이온 배터리에 최적화된 시스템 자체의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다. 이러한 개발과정에 있어서 리튬 이온 배터리에 대한 개발 및 개선해야할 사항으로는, 전동 지게차의 사용시 전원공급에 따른 배터리의 열 발생에 대한 효율적인 냉각방법과, 리튬 이온 배터리의 특성상 차체의 수명을 실시간으로 확인할 수 있는 기능, 그리고 산업차량들의 단점인 충전문제를 극복하기 위하여 현 양산품에 비해 짧은 충전시간으로 장시간 사용을 하기 위한 방법 등을 필요로 하고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 충전시간의 단축 및 효율적인 냉각을 위해 리튬 이온 배터리에 최적화된 탑재구조와 배터리의 수명에 대한 디스플레이 기능을 요구하기 위한 전동 지게차의 전원 공급시스템을 제공하는데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전동 지게차의 전원 공급시스템 은, 차량의 동력을 공급하기 위한 리튬 이온 배터리가 탑재된 전원 공급부와, 상기 전원 공급부에서 공급받은 직류전력을 교류전력으로 변환하는 인버터(Inverter)와, 상기 인버터로부터 변환된 교류전력을 받아 차량을 구동시키는 구동모터와, 상기 구동모터의 회전수를 제어하는 제어부를 포함하는 전동 지게차에 있어서, 상기 전원 공급부는, 동력원인 리튬 이온 배터리를 탑재하기 위한 배터리 탑재부와; 상기 배터리 탑재부(35)의 무게가 증가하도록 상기 배터리 탑재부의 일측에 설치되는 웨이트와; 리튬 이온 배터리의 전원재생량을 판독하기 위해 설치되는 배터리 수명판독부와; 상기 배터리 수명판독부에 측정된 배터리 수명을 디스플레이하기 위한 잔량표시부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직하게는 상기 배터리 탑재부는, 상기 리튬 이온 배터리의 각 셀(Cell)을 탑재하기 위한 탑재실을 갖는 배터리 케이스와; 상기 배터리 케이스의 탑재실에 탑재되는 상기 셀들의 양단을 고정하는 배터리 제 1 및 제 2 고정판과; 상기 각각의 셀들을 전기적으로 연결하는 연결수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직하게는 상기 연결수단은, 상기 배터리 고정판의 하단측에 각각의 상기 셀을 연결하는 단자를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직하게는 상기 웨이트는, 다수개의 메탈블록과; 각각의 상기 메탈블록을 간격을 두고 연결하는 블록컨넥터들을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 바람직하게는 상기 배터리 케이스는, 제 1 분할 케이스와, 제 2 분할 케이스 나누어지며, 상기 제 1 및 제 2 분할케이스는, 각각의 탑재실에 탑재된 셀 들을 충전하기 위한 충전단자를 각각 갖도록 하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 전동 지게차의 전원 공급시스템의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.
본 발명에 설명하기 앞서서 일반적인 전동 지게차의 구동장치의 구성을 설명하면 도 1에서 도시된 바와 같이 설명할 수 있다.
일반적인 전동 지게차의 전원 공급 프로세스는 전원 공급부(15)로부터 공급되는 전원을 제어부(30)에서 인가하여, 이에 따라 상기 제어부(30)는, 펄스 폭 모듈레이션(Pluse Width Modulation) 제어방식을 통해 인버터(20)의 스위칭 작용을 제어하는 동시에 구동모터(25)를 작동시킬 수 있도록 구성되어 있다.
여기서 본 발명에 따른 전원 공급부(15)는, 도 2에서 도시된 바와 같이 리튬 이온 배터리의 전원재생량을 판독하기 위해 설치되는 배터리 수명판독부(45)와; 상기 배터리 수명판독부(45)에 측정된 배터리 수명을 디스플레이하기 위한 잔량 표시부(50)가 구비된다.
상기 배터리 수명판독부(45)는 상기 제어부(30)에 리튬 이온 배터리의 셀(Cell) 자체의 수명 판독이 가능하도록 장착되며 상기 셀의 잔류수명을 측정가능하도록 한다.
한편, 충전회로부분의 회로차단기(32)에 배터리에 대한 잔량 표시부(50)를 장착하여 충전까지 걸리는 시간과 충전상태 및 제어부에 센서를 장착함으로써 배터리 자체의 잔량 수명을 계기장치에서 확인할 수 있으며, 지게차에 전원을 공급하는 리튬 이온 배터리의 교환 시점을 계산할 수 있도록 구성되어 있다. 제어부에 수명 판독부(45)를 부착하여 인버터()에 공급되는 전력을 판독함으로써 전동지게차에 탑재된 전원공급장치의 수명 잔량을 판독하여 배터리의 교환 시점을 알 수 있다.
한편, 상기 전원 공급부(15)는, 동력원인 리튬 이온 배터리를 탑재하기 위한 배터리 탑재부(35)를 포함한다.
상기 배터리 탑재부(35)는, 도 3 및 도 4에서 도시된 바와 같이 상기 리튬 이온 배터리의 각 셀(55)을 탑재하기 위한 탑재실(60)을 갖는 배터리 케이스(65)가 구성되어 있으며, 상기 배터리 케이스(65)의 탑재실(60)에 탑재되는 상기 셀(55)들을 양단을 고정하는 배터리 제 1 및 제 2 고정판(70)(75)이 설치되어 있다.
상기 배터리 케이스(65)는, 각각 제 1 분할 케이스(95)와, 제 2 분할 케이스(100)로 나누어져 있다. 이는 상기 배터리 케이스(65)를 2개로 분할하여 구성함으로써 각 셀(55)들의 충전시간을 단축시키기 위한 것이다. 여기서 각각의 탑재실(60)에 탑재된 셀(55)들을 충전하기 위해 설치되어 있는 충전단자(105)를 통해서 분할충전을 한다.
상기 충전단자(105)는, 도 6에서 도시된 바와 같이 각 셀(55)들에 연결된 후술하는 연결수단을 통해 연결되어 충전단자(105)로부터 충전을 할 수 있도록 형성되어 있다.
한편, 상기 배터리 케이스(65)의 내부인 탑재실(60)에 탑재되는 셀(55)들을 고정할 수 있도록 상기 셀(55)의 양단에 제 1 및 제 2 고정판(70)(75)이 설치된다.
상기 제 1고정판(70)과 제 2 고정판(75)은, 상기 셀(55)의 두께에 맞춰 일정간격 수직으로 배열이 되도록 셀(55)을 끼워 고정시킬 수 있는 형태로 형성되어 있 다. 이러한 제 1고정판(70)과 제 2 고정판(75)에 결합하여 상기 배터리 케이스(65)에 탑재되는 셀(55)들은, 일정간격 이격됨으로써 셀(55)들 사이로 공기순환이 가능하며 이는 리튬 이온 배터리의 특성상 사용시 많은 열을 발생시키기 때문에 자연스럽게 이를 감안하여 냉각이 가능하도록 형성이 되어 있다.
한편, 상기 제 1 고정판(70)과 제 2 고정판(75)의 어느 하나중 일측으로 각 셀(55)들을 연결하는 연결수단이 형성되어 있다. 여기서 연결수단은, 도 6에서 도시된 바와 같이 상기 인버터 단자(80)와 상기 충전단자(105)를 연결하기 위해 각각의 단자(80)가 형성되어 있다. 여기서 상기 단자(80)는 셀(55)들과 +극과 -극과 연결하여 전원 및 충전이 가능하도록 동일방향에 형성되어 있다. 이 때 상기 단자들은 접촉에 의한 연결 방식을 가져 기존의 케이블에 의한 내부 공간 낭비 역시 축소시킨다.
또한, 도 3 내지 도 5에서 도시된 바와 같이 상기 배터리 탑재부(35)의 일측에는 배터리의 무게를 증가시키기 위해 웨이트(40)가 구비된다.
여기서 상기 웨이트(40)는 종래의 납 배터리에 비해서 상기 리튬 이온 배터리의 무게가 가볍기 때문에 이를 보완하고자 추가적으로 설치를 하는 것이다. 또한 이러한 웨이트(40)를 설치함으로써 배터리의 카운터 웨이트 역할을 수행할 수 있도록 한다.
본 실시예에 따른 상기 웨이트(40)는 다수개의 비중이 큰 재질인 메탈블록(85)들이 구성되어 있으며, 각각의 상기 메탈블록(85)을 간격을 두고 이를 서로 연결하는 블록컨넥터(90)가 형성되어 있다.
또한 상기 메탈블록(85)을 상기 블록컨넥터(90)로 서로 연결되어 있으므로 블록내에서 공기 순환을 유도하는 공간을 확보하게 되므로 배터리에 생기는 고온의 열관리에 효과적인 냉각방식을 취할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에서만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 전동 지게차의 전원 공급시스템은, 메모리 효과가 없으며 고용량의 에너지 밀도를 가지는 리튬 이온 배터리를 탑재함에 따라 이에 대한 배터리의 수명을 판독하여 잔류 전력량 및 충전에 소요되는 시간을 측정할 수 있는 효과가 있으며, 상기 리튬 이온 배터리의 셀이 탑재하는 구조와 셀과 배터리 고정판 연결에 있어 내부 접촉 단자를 사용함으로써 기존의 케이블 연결선이 사라져 배터리 자체의 열문제 및 각각의 셀간의 온도 편차에 대한 수명 및 성능 내부공간의 활용을 효과적으로 극대화할 수 있다.
또한, 전원 공급부에 웨이트를 구비함으로써 단위 면적에 비해 가벼운 리튬 이온 배터리의 단점을 보완하여 무게를 증가시킬 수 있는 효과를 가지는 동시에 자연냉각을 위한 공간을 확보하는 효과가 있다.
또한, 배터리를 2개 케이스로 분리하여 충전에 소요되는 시간을 단축하는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 차량의 동력을 공급하기 위한 리튬 이온 배터리가 탑재된 전원 공급부(15)와, 상기 전원 공급부(15)에서 공급받은 직류전력을 교류전력으로 변환하는 인버터(Inverter)(20)와, 상기 인버터(20)로부터 변환된 교류전력을 받아 차량을 구동시키는 구동모터(25)와, 상기 구동모터(25)의 회전수를 제어하는 제어부(30)를 포함하는 전동 지게차에 있어서,
    상기 전원 공급부(15)는, 동력원인 리튬 이온 배터리를 탑재하기 위한 배터리 탑재부(35)와;
    상기 배터리 탑재부(35)의 무게가 증가하도록 상기 배터리 탑재부(35)의 일측에 설치되는 웨이트(40)와;
    리튬 이온 배터리의 전원재생량을 판독하기 위해 설치되는 배터리 수명판독부(45)와;
    상기 배터리 수명판독부(45)에 측정된 배터리 수명을 디스플레이하기 위한 잔량표시부(50)를 포함하고,
    상기 웨이트(40)는, 다수개의 메탈블록(85)과;
    각각의 상기 메탈블록(85)을 간격을 두고 연결하는 블록컨넥터(90)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 지게차의 전원 공급시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 배터리 탑재부(35)는, 상기 리튬 이온 배터리의 각 셀(Cell)(55)을 탑재하기 위한 탑재실(60)을 갖는 배터리 케이스(65)와;
    상기 배터리 케이스(65)의 탑재실(60)에 탑재되는 상기 셀(55)들의 양단을 고정하는 배터리 제 1 및 제 2 고정판(70)(75)과;
    상기 각각의 셀(55)들을 전기적으로 연결하는 연결수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 지게차의 전원 공급시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 연결수단은, 상기 배터리 고정판(70)(75)의 하단측에 각각의 상기 셀(55)을 연결하는 단자(80)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 지게차의 전원 공급시스템.
  4. 삭제
  5. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 배터리 케이스(65)는, 제 1 분할 케이스(95)와, 제 2 분할 케이스(100) 나누어지며, 상기 제 1 및 제 2 분할케이스(95)(100)는, 각각의 탑재실(60)에 탑재된 셀(55)들을 충전하기 위한 충전단자(105)를 각각 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 전동 지게차의 전원 공급시스템.
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