KR102177265B1 - 에너지 저장장치 및 이를 사용하는 하이브리드 건설 기계 - Google Patents
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Abstract
에너지 저장장치 및 이를 포함하는 하이브리드 건설 기계가 개시된다. 상기 에너지 저장장치는 방열판, 제1 지지 부재, 제2 지지 부재, 복수 개의 커패시터 셀들 및 냉각팬을 포함한다. 상기 방열판은 내부에 냉각 유로를 구비한다. 상기 제1 지지 부재 및 상기 제2 지지 부재는 상기 방열판 상에 위치하며, 상기 방열판의 상면에 평행한 제2 방향으로 서로 이격되어 배치된다. 상기 복수 개의 커패시터 셀들은 상기 제1 지지 부재와 상기 제2 지지 부재 사이에 위치하며, 상기 제2 방향을 따라 연장되고, 상기 방열판의 상면에 평행하고 상기 제2 방향에 수직한 제1 방향을 따라 배치된다. 상기 냉각팬은 상기 방열판의 상면에 수직한 제3 방향으로 이격되어 배치된다.
Description
본 발명은 에너지 저장장치 및 이를 사용하는 건설 기계에 관한 것이다.
굴삭기와 같은 건설 기계에 있어서, 기존의 내연 기관과 더불어 전기모터를 이용하는 하이브리드 건설 기계가 연구되고 있다. 하이브리드 건설 기계는 연료의 과소비와 배기가스 발생을 줄이고 에너지 효율을 극대화할 수 있는 장점이 있어 미래형 건설 기계로서 각광 받고 있다.
이러한 하이브리드 건설 기계의 전기모터의 에너지원으로서 울트라 커패시터 셀들을 채용한 에너지 저장장치가 사용되고 있다. 특히, 높은 마력 및 토크를 요구하는 건설 기계의 경우에, 이에 대응하여 높은 에너지 용량을 가지는 에너지 저장장치가 요구되고 있으며, 상기 에너지 저장장치의 작동과정에서 발생하는 고열에 의해서 문제가 발생할 수 있다. 특히, 상기 울트라 커패시터 셀들의 수명은 온도에 반비례하므로, 울트라 커패시터 셀들의 수명을 연장하기 위해 모듈의 방열 특성을 향상시킬 필요가 있다.
본 발명의 일 목적은 향상된 냉각 성능 및 안정적인 기계적 고정 구조를 갖는 에너지 저장장치에 관한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은 향상된 냉각 성능 및 안정적인 기계적 고정 구조를 갖는 에너지 저장장치를 사용하는 하이브리드 건설 기계에 관한 것이다.
상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 에너지 저장장치는 방열판, 제1 지지 부재, 제2 지지 부재, 복수 개의 커패시터 셀들 및 냉각팬을 포함한다. 상기 방열판은 내부에 냉각 유로를 구비한다. 상기 제1 지지 부재 및 상기 제2 지지 부재는 상기 방열판 상에 위치하며, 상기 방열판의 상면에 평행한 제2 방향으로 서로 이격되어 배치된다. 상기 복수 개의 커패시터 셀들은 상기 제1 지지 부재와 상기 제2 지지 부재 사이에 위치하며, 상기 제2 방향을 따라 연장되고, 상기 방열판의 상면에 평행하고 상기 제2 방향에 수직한 제1 방향을 따라 배치된다. 상기 냉각팬은 상기 방열판의 상면에 수직한 제3 방향으로 이격되어 배치된다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 복수 개의 커패시터 셀들은, 상기 제1 지지 부재에 인접하여 배치되는 제1 커패시터 셀들 및 상기 제2 지지 부재에 인접하여 배치되는 제2 커패시터 셀들을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 복수 개의 커패시터 셀들은, 상기 제1 지지 부재에 인접하여 배치되는 제3 커패시터 셀들 및 상기 제2 지지 부재에 인접하여 배치되는 제4 커패시터 셀들을 더 포함할 수 있다. 상기 제1 커패시터 셀들 및 상기 제2 커패시터 셀들은 각기 상기 제3 커패시터 셀들 및 상기 제4 커패시터 셀들보다 상기 방열판의 상면에 인접하여 배치될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 커패시터 셀들은, 상기 제1 커패시터 셀들과 상기 제2 커패시터 셀들 사이에 배치되는 제5 커패시터 셀들 및 상기 제3 커패시터 셀들과 상기 제4 커패시터 셀들 사이에 배치되는 제6 커패시터 셀들을 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 에너지 저장장치는, 상기 제1 커패시터 셀에 배치되는 제1 온도 센서 및 상기 제3 커패시터 셀에 배치되는 제2 온도 센서를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 온도 센서와 상기 제2 온도 센서 사이의 온도 차이가 미리 정해진 값보다 큰 경우에, 상기 냉각팬의 작동 속도가 증가될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제1 지지 부재 및 상기 제2 지지 부재는 각기 측면에 배치된 복수 개의 홈들을 구비할 수 있다. 상기 복수 개의 커패시터 셀들은 각기 부분적으로 상기 복수 개의 홈들에 수용될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 복수 개의 커패시터 셀들의 측면을 둘러싸며, 상기 복수 개의 커패시터 셀들과 상기 제1 또는 제2 지지 부재들 사이에 배치되는 방열 패드를 더 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 복수 개의 커패시터 셀들은 원기둥 형태 또는 타원 기둥 형태를 가질 수 있다. 상기 원기둥 또는 상기 타원 기둥의 상면 및 하면에 각기 양극과 음극이 배치될 수 있다.
상술한 본 발명의 다른 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 하이브리드 건설 기계는 에너지 저장장치 및 내연 기관을 포함한다. 상기 에너지 저장장치는 방열판, 제1 지지 부재, 제2 지지 부재, 복수 개의 커패시터 셀들 및 냉각팬을 포함한다. 상기 방열판은 내부에 냉각 유로를 구비한다. 상기 제1 지지 부재 및 상기 제2 지지 부재는 상기 방열판 상에 위치하며, 상기 방열판의 상면에 평행한 제2 방향으로 서로 이격되어 배치된다. 상기 복수 개의 커패시터 셀들은 상기 제1 지지 부재와 상기 제2 지지 부재 사이에 위치하며, 상기 제2 방향을 따라 연장되고, 상기 방열판의 상면에 평행하고 상기 제2 방향에 수직한 제1 방향을 따라 배치된다. 상기 냉각팬은 상기 방열판의 상면에 수직한 제3 방향으로 이격되어 배치된다.
예시적인 실시예들에 따르면, 에너지 저장장치는 방열판을 이용한 수냉식 방식과 냉각팬을 이용한 공냉식 방식을 동시에 사용하여 커패시터 셀들을 효과적으로 냉각할 수 있다. 특히, 상기 냉각팬은 상기 방열판으로부터의 거리 차이에 따라 발생하는 상기 커패시터 셀들의 온도 차이를 효과적으로 보완할 수 있다. 한편, 상기 복수의 커패시터 셀들은 상기 방열판의 상면에 평행한 방향으로 배치될 수 있으므로, 그 좌우에 배치된 지지 부재들이 커패시터 셀들을 효과적으로 고정할 수 있다. 또한, 상기 복수의 커패시터 셀들과 상기 지지 부재들이 차지하는 부피가 감소될 수 있다.
다만, 본 발명의 효과는 상기 언급한 효과에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 에너지 저장장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1의 에너지 저장장치를 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 1의 에너지 저장장치의 커패시터 셀 및 지지 부재를 나타내는 단면도이다.
도 4는 다른 예시적인 실시예들에 따른 에너지 저장장치를 나타내는 단면도이다.
도 5는 다른 예시적인 실시예들에 따른 에너지 저장장치를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 에너지 저장장치를 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 1의 에너지 저장장치의 커패시터 셀 및 지지 부재를 나타내는 단면도이다.
도 4는 다른 예시적인 실시예들에 따른 에너지 저장장치를 나타내는 단면도이다.
도 5는 다른 예시적인 실시예들에 따른 에너지 저장장치를 나타내는 단면도이다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 에너지 저장장치를 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1의 에너지 저장장치를 나타내기 위해서 I-I' 라인을 따라 자른 단면도이다. 도 3은 도 1의 에너지 저장장치의 커패시터 셀 및 지지 부재를 나타내는 단면도이다. 도 1 및 도 2에서 도시의 편의를 위해서, 방열 패드 및 상기 에너지 저장장치의 케이스는 생략되었다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 에너지 저장장치(100)는 방열판(110), 방열판(110) 상에 배치되는 지지부재(120), 지지부재(120)에 의해서 고정되는 복수의 커패시터 셀들(130), 커패시터 셀들(130)의 옆면을 둘러싸는 방열 패드(140) 및 냉각팬(170)을 포함한다.
방열판(110)은 커패시터 셀들(130)로부터 발생하는 열을 전달받아 외부로 방출하는 역할을 수행할 수 있으며, 에너지 저장장치(100)의 다른 구성 요소들이 배치되는 기판으로써 역할을 수행할 수도 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 방열판(110)의 내부에는 냉각 유체(예를 들어, 냉각수)가 이동할 수 있는 냉각 유로(115)가 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 냉각 유로들(115)이 방열판(110)의 상면에 평행한 제1 방향을 따라 연장될 수 있으며, 각각의 냉각 유로들(115)은 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되어 배치될 수 있다. 냉각 유로들(115)의 내부를 따라 흐르는 상기 냉각 유체는 커패시터 셀들(130)에서 발생하는 열을 흡수할 수 있으며, 이를 외부로 전달할 수 있다. 즉, 에너지 저장장치(100)는 수냉식 냉각 구조를 가질 수 있다.
지지 부재(120)는 방열판(110)의 상면에 고정될 수 있다. 예시적인 실시예들에 있어서, 지지 부재(120)는 제1 지지 부재(121)와 제2 지지 부재(122)로 구성될 수 있으며, 제1 지지 부재(121)와 제2 지지 부재(122)는 서로 대향하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 지지 부재(121)는 방열판(110)의 상면에서 상기 제1 방향으로 연장될 수 있으며, 제2 지지 부재(122)는 제1 지지 부재(122)로부터 상기 제2 방향으로 이격되어 배치될 수 있으며, 상기 제1 방향으로 연장될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 지지 부재(120)는 미리 정해진 열전도도을 만족하는 금속으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 지지 부재(120)는 알루미늄 또는 알루미늄의 합금을 포함할 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 의해서 제한되지 않으며, 지지 부재(120)는 열전도도 및 기계적 강도를 만족하는 다른 금속을 포함할 수 있다.
한편, 지지 부재(120)는 고정 부재(125)에 의해서 방열판(110)의 상면에 고정될 수 있다. 예시적인 실시예들에 있어서, 고정 부재(125)는 방열판(110)의 상면에 위치하는 홈들에 대응하는 고정용 볼트일 수 있다. 제1 지지 부재(121) 또는 제2 지지 부재(122) 중에서 하나에 대응하여 복수 개의 고정 부재들(125)이 배치될 수 있다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 지지 부재(121)의 양쪽 측면에 고정 부재들(125)이 배치될 수 있다.
제1 지지 부재(121)와 제2 지지 부재(122)가 서로 마주보도록 배치되고, 이후 설명하는 커패시터 셀들(130)이 방열판(110)의 상면에 평행한 방향으로 배치됨에 따라, 고정 부재들(125)이 배치될 수 있는 충분한 공간이 확보될 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 지지 부재들(121, 122)은 방열판(110) 상에 안정적으로 고정될 수 있다.
한편, 제1 지지 부재(121) 및 제2 지지 부재(122)의 내측면 상에는 복수의 홈들(127, 도 3 참조)이 형성될 수 있다. 예시적인 실시예들에 있어서, 제1 지지 부재(121)의 홈들(127)과 제2 지지 부재(121)의 홈들(127)은 상기 제2 방향으로 서로 마주보도록 배치될 수 있다. 홈들(127)은 이후 설명하는 커패시터(130)를 부분적으로 수용하며, 이를 고정하는 역할을 수행할 수 있다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 복수의 커패시터 셀들(130)이 방열판(110) 상에서, 제1 지지 부재(121)와 제2 지지 부재(122) 사이에 배치될 수 있다. 커패시터 셀들(130)은 예를 들어, 복수의 울트라 커패시터(Ultra Capacitor) 셀일 수 있다. 이러한 울트라 커패시터 셀은 수십 초 내에 충전과 방전이 가능하여 배터리를 보완 또는 대체할 수 있으며, 하이브리드 굴삭기와 같은 건설 기계에 적용되어 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 커패시터 셀들(130)은 원통형 커패시터 셀들일 수 있다. 즉, 커패시터 셀들(130)은 원기둥 또는 타원기둥 형상을 가질 수 있으며, 상기 원기둥의 상면과 하면에 각기 양극(138, 도 3 참조)과 음극(139, 도 3 참조)이 배치될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 커패시터 셀들(130)은 제1 커패시터 셀들(131), 제2 커패시터 셀들(132), 제3 커패시터 셀들(133) 및 제4 커패시터 셀들(134)을 포함할 수 있다. 또한, 각각의 커패시터 셀들(130)은 방열판(110)의 상면에 평행한 방향(수평 방향)으로 연장되어 배치될 수 있다. 즉, 각각의 커패시터 셀들(130)의 양극(138) 및 음극(139)은 지지 부재들(120)의 측벽을 향하도록 배치될 수 있다.
예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 커패시터 셀들(131)과 제2 커패시터 셀들(132)은 방열판(110)의 상면에 인접하여 배치되어 하나의 층을 형성하고, 제3 커패시터 셀들(133)과 제4 커패시터 셀들(134)은 방열판(110)의 상면으로부터 이격되어 배치되어 다른 하나의 층을 형성할 수 있다. 결과적으로 커패시터 셀들(130)은 2개의 층으로 배치될 수 있다.
한편, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 커패시터 셀들(131)과 제3 커패시터 셀들(133)은 제1 지지 부재(121)에 인접하여 배치될 수 있으며, 제2 커패시터 셀들(132)과 제4 커패시터 셀들(134)은 제2 지지 부재(122)에 인접하여 배치될 수 있다. 결과적으로 커패시터 셀들(130)은 제1 지지 부재(121)와 제2 지지 부재(122) 사이에서 이중으로 배치될 수 있다.
각각의 커패시터 셀들(130)은 제1 지지 부재(121) 또는 제2 지지 부재(122)의 홈들(127)에 대응하여 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 커패시터 셀들(131)과 제3 커패시터 셀들(133)의 음극에 인접한 부분들은 제1 지지 부재(121)의 홈들(127)에 수용되어 고정될 때, 제2 커패시터 셀들(132)과 제4 커패시터 셀들(134)의 양극에 인접한 부분들은 제2 지지 부재(122)의 홈들(127)에 수용되어 고정될 수 있다. 한편, 제1 커패시터 셀들(131)의 양극은 제2 커패시터 셀들(132)의 음극에 직접적으로 접촉할 수 있으며, 제3 커패시터 셀들(133)의 양극은 제4 커패시터 셀들(134)의 음극에 직접적으로 접촉할 수 있다. 즉, 동일한 층에 배치된 커패시터 셀들은 서로 전기적으로 직렬로 연결될 수 있다. 결과적으로, 커패시터 셀들(130)은 상기 제2 방향으로 이중으로 배치될 수 있으며, 서로 마주보며 배치된 제1 지지 부재(121)와 제2 지지 부재(122)에 의해서 고정될 수 있다.
복수의 커패시터 셀들(130)이 이중으로 배치되며, 이들은 한 쌍의 지지 부재들(121, 122)에 의해서 고정될 수 있다. 따라서 상기 에너지 저장장치(100)는 기계적으로 안정적인 고정 구조를 가질 수 있다. 또한, 지지 부재들(121, 122)이 복수의 커패시터 셀들(130)을 고정함에 따라, 좁은 공간에 다수의 커패시터 셀들(130)이 배치될 수 있으며, 지지 부재들(121, 122)이 차지하는 부피도 감소될 수 있다.
한편, 지지 부재들(120)의 외측면 상에는 연결 부재(150)가 배치될 수 있다. 연결 부재(150)는 도전성 물질을 포함할 수 있으며, 상기 제1 방향으로 배열된 커패시터 셀들(130)을 전기적으로 연결하는 역할을 수행할 수 있다.
다시 도 3을 참조하면, 커패시터 셀들(130)과 지지 부재들(120) 사이에는 방열 패드(140)가 배치될 수 있다. 구체적으로, 각각의 커패시터 셀들(130)의 측면을 방열 패드(140)가 둘러쌀 수 있다. 방열 패드(140)는 전기 절연성을 가지면서, 미리 정해진 열전도도를 만족하는 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 방열 패드(140)는 세라믹 또는 실리콘 등을 포함할 수 있으나, 이에 의해서 한정되지 않는다. 이에 따라, 커패시터 셀들(130)에서 발생한 열은 전도에 의해서 방열 패드(140) 및 지지 부재들(120)을 통해서 방열판(110)으로 전달될 수 있다. 또한, 방열 패드(140)는 커패시터 셀들(130)을 지지 부재들(120)로부터 절연할 수 있으며, 커패시터 셀들(130)과 지지 부재들(120) 사이의 기계적 충격을 흡수할 수도 있다.
한편, 온도 센서들(160)이 일부 커패시터 셀들(130)에 배치될 수 있다. 예시적인 실시예들에 있어서, 제1 온도 센서(161)가 제1 커패시터 셀(131)에 배치될 수 있으며, 제2 온도 센서(162)가 제3 커패시터 셀(133)에 배치될 수 있다. 제1 및 제2 온도 센서들(161, 162)은 각 커패시터 셀들(131, 133)의 절대적인 온도를 모니터링할 뿐만 아니라, 제1 층에 배치된 제1 또는 제2 커패시터 셀들(131, 132)과 제2 층에 배치된 제3 또는 제4 커패시터 셀들(133, 134)의 온도 차이를 모니터링한다. 예를 들어, 방열판(110)으로부터 멀리 떨어져서 배치된 제3 또는 제4 커패시터 셀들(133, 134)의 온도가 제1 또는 제2 커패시터 셀들(131, 132)의 온도보다 높을 수 있다. 상기 온도 차이가 미리 정해진 값보다 큰 경우, 추가적인 냉각을 통해서 상기 온도 차이를 줄여줄 필요가 있다.
냉각팬(170)은 상기 제3 방향으로 커패시터 셀들(130)로부터 이격되어 배치될 수 있다. 즉, 냉각팬(170)은 제1 또는 제2 커패시터 셀들(131, 132)보다 제3 또는 제4 커패시터 셀들(133, 134)에 인접하여 배치될 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 커패시터 셀들(130)의 온도 차이가 미리 정해진 값보다 큰 경우, 냉각팬(170)이 상기 온도 차이를 감소시키기 위해서 작동할 수 있다. 즉, 냉각팬(170)은 공냉 방식으로 커패시터 셀들(130)을 냉각할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 커패시터 셀들(130)의 온도 차이가 미리 정해진 값보다 작은 경우, 냉각팬(170)이 작동하지 않을 수 있으며, 커패시터 셀들(130)의 온도 차이가 미리 정해지 값보다 큰 경우, 냉각팬(170)이 작동할 수 있다.
다른 예시적인 실시예들에 있어서, 커패시터 셀들(130)의 온도 차이가 미리 정해진 값보다 작은 경우, 냉각팬(170)은 비교적 저속으로 작동할 수 있으며, 커패시터 셀들(130)의 온도 차이가 미리 정해지 값보다 큰 경우, 냉각팬(170)은 비교적 고속으로 작동할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 에너지 저장장치(100)은 방열판(110)을 이용한 수냉식 방식과 냉각팬(170)을 이용한 공냉식 방식을 동시에 사용하여 커패시터 셀들(130)을 효과적으로 냉각할 수 있다. 특히, 냉각팬(170)은 방열판(110)으로부터의 거리 차이에 따라 발생하는 커패시터 셀들(130)의 온도 차이를 효과적으로 보완할 수 있다.
또한, 복수의 커패시터 셀들(130)은 방열판(110)의 상면에 평행한 방향으로 배치될 수 있으므로, 그 좌우에 배치된 지지 부재들(120)이 커패시터 셀들(130)을 효과적으로 고정할 수 있다. 또한, 지지 부재들(120)은 복수의 고정 부재들(125)에 의해서 방열판(110)에 고정될 수 있다.
도 4는 다른 예시적인 실시예들에 따른 에너지 저장장치를 나타내는 단면도이다.
도 4를 참조하면, 에너지 저장장치(102)는 방열판(110), 방열판(110) 상에 배치되는 지지부재(120), 지지부재(120)에 의해서 고정되는 복수의 커패시터 셀들(130), 커패시터 셀들(130)의 옆면을 둘러싸는 방열 패드 및 냉각팬(170)을 포함한다.
에너지 저장장치(102)는 커패시터 셀들(130)이 삼중으로 배치된 점을 제외하면, 도 1 내지 도 3을 참조로 설명한 에너지 저장장치(100)와 실질적으로 동일하거나 유사할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 커패시터 셀들(130)은 제1 커패시터 셀들(131), 제2 커패시터 셀들(132), 제3 커패시터 셀들(133), 제4 커패시터 셀들(134), 제5 커패시터 셀들(135) 및 제6 커패시터 셀들(136)을 포함할 수 있다. 또한, 각각의 커패시터 셀들(130)은 방열판(110)의 상면에 평행한 방향(수평 방향)으로 연장되어 배치될 수 있다.
예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 커패시터 셀들(131), 제2 커패시터 셀들(132) 및 제3 커패시터 셀들(133)은 방열판(110)의 상면에 인접하여 배치되어 하나의 층을 형성하고, 제4 커패시터 셀들(134), 제5 커패시터 셀들(135) 및 제6 커패시터 셀들(136)은 방열판(110)의 상면으로부터 이격되어 배치되어 다른 하나의 층을 형성할 수 있다. 결과적으로 커패시터 셀들(130)은 2개의 층으로 배치될 수 있다.
한편, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 커패시터 셀들(131)과 제4 커패시터 셀들(134)은 제1 지지 부재(121)에 인접하여 배치될 수 있으며, 제2 커패시터 셀들(132)과 제5 커패시터 셀들(135)은 제2 지지 부재(122)에 인접하여 배치될 수 있다. 또한, 제3 커패시터 셀들(133)과 제6 커패시터 셀들(136)은 중앙에 배치될 수 있다. 결과적으로 커패시터 셀들(130)은 제1 지지 부재(121)와 제2 지지 부재(122) 사이에서 삼중으로 배치될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 커패시터 셀들(130)이 삼중으로 배치됨에 따라, 한 쌍의 지지 부재들(121, 122)은 복수의 커패시터 셀들(130)을 용이하게 고정할 수 있으며, 커패시터 셀들(130)과 지지 부재들(121, 122)이 차지하는 부피가 감소될 수 있다.
도 5는 다른 예시적인 실시예들에 따른 에너지 저장장치를 나타내는 단면도이다.
도 5를 참조하면, 에너지 저장장치(104)는 방열판(110), 방열판(110) 상에 배치되는 지지부재(120A), 지지부재(120A)에 의해서 고정되는 복수의 커패시터 셀들(130), 커패시터 셀들(130)의 옆면을 둘러싸는 방열 패드 및 냉각팬(170)을 포함한다.
예시적인 실시예들에 있어서, 지지 부재(120A)는 제2 방향으로 서로 이격되어 배치되는 제1 지지 부재(121A) 및 제2 지지 부재(122A)를 포함할 수 있다. 또한, 제1 지지 부재(121A)와 제2 지지 부재(122A)의 내측벽에는 복수의 홈들이 배치될 수 있다.
한편, 복수의 커패시터 셀들(130)이 제1 지지 부재(121A)와 제2 지지 부재(122A) 사이에 배치될 수 있다. 각각의 커패시터 셀들(130)은 제1 지지 부재(121A) 또는 제2 지지 부재(122A)의 홈들에 부분적으로 수용될 수 있다. 예시적인 실시예들에 있어서, 커패시터 셀들(130)이 제1 지지 부재(121A) 또는 제2 지지 부재(122A)에 의해서 수용된 부분의 길이(D1)는 제1 지지 부재(121A) 또는 제2 지지 부재(122A)에 의해서 수용되지 않은 부분의 길이(D2)보다 클 수 있다. 이에 따라, 지지 부재들(121A, 122A)은 커패시터 셀들(130)을 보다 안정적으로 고정할 수 있다. 또한, 커패시터 셀들(130)과 지지 부재들(121A, 122A)이 직접적으로 또는 간접적으로 접촉하는 면적이 증가하므로, 전도에 의한 방열 효과가 향상될 수 있다. 이에 따라, 커패시터 셀들(130)이 효과적으로 냉각될 수 있다.
상술한 구성을 갖는 에너지 저장장치(100, 102, 104)는 굴삭기와 같은 하이브리드 건설 기계에 적용될 수 있다. 즉, 상기 하이브리드 건설 기계는 기존의 내연 기관뿐만 아니라 본 발명에 따른 에너지 저장장치(100, 102, 104)를 추가적으로 포함할 수 있으므로, 연료의 과소비와 배기가스 발생을 줄이고 에너지 효율을 극대화할 수 있다. 또한, 에너지 저장장치(100, 102, 104)는 향상된 냉각 성능과 안정적인 기계적 고정 구조를 가지므로, 상기 하이브리드 건설 기계는 향상된 내구성을 가질 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110: 방열판 115: 냉각 유로
120: 지지 부재 121: 제1 지지 부재
122: 제2 지지 부재 125: 고정 부재
130: 커패시터 셀들 131: 제1 커패시터 셀들
131: 제1 커패시터 셀들 132: 제2 커패시터 셀들
133: 제3 커패시터 셀들 134: 제4 커패시터 셀들
135: 제5 커패시터 셀들 136: 제6 커패시터 셀들
140: 방열 패드 150: 연결 부재
160: 온도 센서들 161: 제1 온도 센서
162: 제2 온도 센서 170: 냉각팬
120: 지지 부재 121: 제1 지지 부재
122: 제2 지지 부재 125: 고정 부재
130: 커패시터 셀들 131: 제1 커패시터 셀들
131: 제1 커패시터 셀들 132: 제2 커패시터 셀들
133: 제3 커패시터 셀들 134: 제4 커패시터 셀들
135: 제5 커패시터 셀들 136: 제6 커패시터 셀들
140: 방열 패드 150: 연결 부재
160: 온도 센서들 161: 제1 온도 센서
162: 제2 온도 센서 170: 냉각팬
Claims (9)
- 냉각 유로를 내부에 구비한 방열판;
상기 방열판 상에 고정되도록 배치하며, 상기 방열판의 상면에 평행한 제2 방향으로 서로 이격되어 배치되고, 상기 방열판의 상면에 평행하고 상기 제2 방향에 수직한 제1 방향으로 각각 연장하는 제1 지지 부재와 제2 지지 부재;
상기 제1 지지 부재와 상기 제2 지지 부재 사이에 위치하며, 상기 제2 방향을 따라 연장되도록 배치되고, 상기 제1 방향을 따라 순차적으로 배치되는 복수 개의 커패시터 셀들; 및
상기 방열판의 상면에 수직한 제3 방향으로 상기 커패시터 셀들로부터 이격되도록 배치되어 상기 커패시터 셀들을 향하여 기체를 분사하기 위한 냉각팬을 포함하고,
상기 복수 개의 커패시터 셀들은,
상기 제1 지지 부재에 고정 지지되며, 상기 제2 방향을 따라 이격 배치되는 제1 커패시터 셀들; 및
상기 제2 지지부재에 고정 지지되며, 상기 제1 커패시터 셀들에 대응하여 상기 제2 방향을 따라 이격 배치되는 제2 커패시터 셀들을 포함하고,
상기 제1 커패시터 셀들과 이에 대응하는 상기 제2 커패시터 셀들은 각각 전기적으로 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1 커패시터 셀들 각각의 음극은 상기 제1 지지부재의 측벽을 향하도록 배치되고 상기 제1 커패시터 셀들 각각의 양극은 상기 제2 커패시터 셀들을 향하도록 배치되고,
상기 제2 커패시터 셀들 각각의 음극은 상기 제1 커패시터 셀들을 향하도록 배치되고 상기 제2 커패시터 셀들 각각의 양극은 상기 제2 지지부재의 측벽을 향하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.. - 제 1 항에 있어서, 상기 복수 개의 커패시터 셀들은,
상기 제1 지지 부재에 고정 지지되며, 상기 제2 방향을 따라 이격 배치되는 제3 커패시터 셀들; 및
상기 제2 지지 부재에 고정 지지되며, 상기 제3 커패시터 셀들에 대응하여 상기 제2 방향을 따라 이격 배치되는 제4 커패시터 셀들을 더 포함하고,
상기 제3 커패시터 셀들과 이에 대응하는 상기 제4 커패시터 셀들은 각각 전기적으로 서로 연결되고,
상기 제1 커패시터 셀들 및 상기 제2 커패시터 셀들은 각기 상기 제3 커패시터 셀들 및 상기 제4 커패시터 셀들보다 상기 방열판의 상면에 인접하여 배치되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치. - 제 3 항에 있어서, 상기 커패시터 셀들은,
상기 제1 커패시터 셀들과 상기 제2 커패시터 셀들 사이에 배치되는 제5 커패시터 셀들; 및
상기 제3 커패시터 셀들과 상기 제4 커패시터 셀들 사이에 배치되는 제6 커패시터 셀들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 제1 커패시터 셀에 배치되는 제1 온도 센서; 및
상기 제3 커패시터 셀에 배치되는 제2 온도 센서를 더 포함하고,
상기 제1 온도 센서와 상기 제2 온도 센서 사이의 온도 차이가 미리 정해진 값보다 큰 경우에, 상기 냉각팬의 작동 속도가 증가될 수 있는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치. - 제 1 항에 있어서, 상기 제1 지지 부재 및 상기 제2 지지 부재는 각기 측면에 배치된 복수 개의 홈들을 구비하며,
상기 복수 개의 커패시터 셀들은 각기 부분적으로 상기 복수 개의 홈들에 수용되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치. - 제 1 항에 있어서, 상기 복수 개의 커패시터 셀들의 측면을 둘러싸며, 상기 복수 개의 커패시터 셀들과 상기 제1 또는 제2 지지 부재들 사이에 배치되는 방열 패드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
- 삭제
- 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 에너지 저장장치; 및
내연 기관을 포함하는 하이브리드 건설 기계.
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| KR1020140025140A KR102177265B1 (ko) | 2014-03-03 | 2014-03-03 | 에너지 저장장치 및 이를 사용하는 하이브리드 건설 기계 |
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