KR102316363B1 - 전기화물차용 저상형 전기냉동탑 - Google Patents
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Abstract
본 발명에서는 전면과 상면이 만나는 모서리 부분에 장착구멍이 형성되고, 냉장·냉동장치를 갖춘 리퍼 컨테이너, 상기 리퍼 컨테이너의 내부 공간을 격실과 화물칸으로 분리시키기 위하여 막은 격벽, 상기 장착구멍을 폐쇄하면서 상기 냉장·냉동장치를 구성하는 실외기의 일부분을 상기 격실 안으로 매입시킨 상태로 받치기 위하여 상기 격실의 내부에 고정되고, 바닥면의 가운데 부분에 배수로가 형성된 받침대, 상기 격실 내에서 상기 받침대의 배수로와 연결되어 상기 실외기에서 배출되는 물이 상기 배수로를 통해 외부로 빠져나가도록 유도하는 배수관, 상기 격실 내에 격리하여 수납되고 상기 냉장·냉동장치의 구동에 필요한 전력을 공급하는 배터리팩, 상기 배터리팩의 충방전 시 직류 및 교류를 양방향으로 변환하는 양방향 컨버터, 상기 배터리팩의 상태를 모니터링 및 동작을 자동 관리하는 BMS 및 상기 BMS 및 차량의 EVCC와 전기적으로 연결되어 상기 배터리팩의 충방전과 관련된 프로세스를 처리하며, 상기 양방향 컨버터의 충전 또는 방전 모드를 설정하고, 그 설정된 모드에 따라 상기 배터리팩의 충전 및 방전을 제어하는 제어부를 포함하는 전기화물차용 저상형 전기냉동탑을 개시한다.
Description
본 발명은 아파트의 지하주차장(기준 2.3m)과 같이 층고나 높이가 낮은 곳에 출입하기 위해 전고를 낮춘 냉동탑차용 전기냉동탑에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량과 별개로 전력을 소모하면서 독립적인 시스템으로 운영되는 냉장·냉동장치를 갖춘 전기화물차용 저상형 전기냉동탑에 관한 것이다.
오늘날 전기자동차(EV)는 고전압 배터리에서 전기에너지를 전기모터로 공급하여 구동력을 발생시키므로 수송부문의 미세먼지 및 온실가스를 줄여 대기오염 문제를 완화하고 에너지 이용효율 개선에 상당부분 기여할 수 있어 세계 각국은 전기자동차의 보급·확대를 위한 다양한 지원정책을 추진하고 있다.
특히 국내 소형 화물차의 대부분을 차지하고 있는 경유화물차를 전기화물차로 전환하면 이산화탄소 배출량을 줄여 대기오염 개선 효과 및 온실가스 감축에 크게 기여할 수 있다.
최근 국내 주요 상용차 업체에서 개발된 전기화물차는 고용량 리튬 폴리머 배터리를 탑재하여 1회 충전으로 250~300km를 주행할 수 있다.
그리고 전기화물차의 배터리 충전은 차량측 충전 소켓(inlet)에 전기자동차 충전설비(electric vehicle service equipment; EVSE)의 충전기 커넥터를 접속시켜 직류(DC) 전원을 급속충전하거나 교류(AC) 전원을 완속충전할 수 있다.
그런데 전기화물차의 컨테이너형 적재함에 추가적으로 전기를 사용하는 냉장·냉동장치를 갖춘 이른바 냉장·냉동탑차와 같은 일렉트릭 특장차의 경우 하나의 배터리팩으로는 전력 소모를 감당하기 어려워 일정한 온도와 신선도를 최대한 유지해야 하는 신선식품이나 의약품 등의 운송에는 적합하지 않은 한계가 있다.
이를 보완 및 해결하기 위하여 특허문헌 1에는 특장차의 구동용 전원을 공급하는 배터리팩과 독립적으로 냉장·냉동장치용 배터리팩을 추가로 구비한 '특장차용 냉동기의 전원공급시스템'이 개시되어 있다.
그러나 이는 각 배터리팩을 미리 정해진 용도에 맞춰 제한적으로 사용하는 구조여서 에너지 효율성과 성능이 상당히 떨어지는 데다 개별적으로 일일이 충전해야 하므로 충전이 매우 번거롭고 불편한 문제점이 있다.
또한, 특장차의 운행 중 냉장·냉동장치용 배터리팩이 방전되거나 저전압으로 떨어질 경우 냉장·냉동장치의 성능 저하로 사용 및 일정한 온도 유지가 불가능하여 적재함에 실린 식품이나 의약품이 쉽게 변질되면서 유통시손실(handling loss)이 발생할 뿐만 아니라 배터리팩의 수명에도 악영향을 미치는 문제점이 있다.
한편, 일반적인 냉장·냉동탑차의 전고(2.5m)는 지하주차장의 층고(2.3m)보다 높아서 지하주차장 출입이 불가능하다. 이에 따라 지하주차장과 같이 전고가 높은 차량의 출입이 제한되는 곳에서 화물을 싣고 내리는 상하차 작업을 해야 하는 경우 전고가 2.1~2.2m인 이른바 저상형 냉장·냉동탑차를 이용하여 화물을 운송하고 있다.
이러한 저상형 냉장·냉동탑차에는 냉장·냉동장치가 장치되어 있고, 이를 구성하는 구성요소 중 응축기 등이 내장된 실외기는 차량의 주행 시 공기저항과 소음을 줄이면서 외부의 찬공기가 정면으로 유입되도록 하여 열교환 및 냉동 효율을 제고하고, 아울러 화물차 적재함(냉동탑)의 폭 규격을 준수하고 디자인적인 심미감을 높이기 위하여 냉동탑의 전면에 장치되고 있다.
그런데 종래의 저상형 냉장·냉동탑차는 냉동탑의 최상단 높이를 전기화물차의 루프(roof) 및 캐빈(cabin)의 높이와 최대한 비슷하게 하는 관계로, 즉 냉동탑의 전고를 2.1~2.2m 정도로 설정 및 제작하기 때문에 냉동탑의 전면에 일정한 크기를 갖는 실외기를 부착 시 차량의 루프(roof) 및 캐빈(cabin)과 접촉 간섭이 발생한다.
따라서 냉동탑과 차량의 캐빈 사이에 실외기의 앞뒤 두께만큼 공간이 생기도록 냉동탑의 길이를 줄여서 설계할 수밖에 없어 디자인적 심미감과 공간 효율성이 상당히 떨어지는 문제점이 있다.
여기서 상술한 배경기술 또는 종래기술은 본 발명자가 보유하거나 본 발명을 도출하는 과정에서 습득한 정보로서 본 발명의 기술적 의의를 이해하는데 도움이 되기 위한 것일 뿐, 본 발명의 출원 전에 이 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 기술을 의미하는 것은 아님을 밝힌다.
이에 본 발명자는 상술한 제반 사항을 종합적으로 고려함과 동시에 기존 전기화물차용 저상형 전기냉동탑 기술이 지닌 기술적 한계 및 문제점들을 해결하려는 발상에서, 냉장·냉동장치를 구성하는 구성요소(component) 중 실외기의 일부분이 리퍼 컨테이너 안으로 매입되도록 장치하여 저상형 냉장·냉동탑차의 폭 규격을 준수하면서 안정적인 설치 상태를 유지함은 물론 디자인적 심미감과 공간 효율성을 제고할 수 있고, 아울러 냉장·냉동장치의 작동 성능(효율, 출력 또는 용량, 에너지 소비율 등)과 안전성을 향상시킬 수 있는 새로운 구조의 전기화물차용 저상형 전기냉동탑을 개발하고자 각고의 노력을 기울여 부단히 연구하던 중 그 결과로써 본 발명을 창안하게 되었다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 및 목적은 저상형 냉장·냉동탑차의 폭 규격을 준수하면서 냉장·냉동장치의 실외기를 안정적으로 장치할 수 있도록 하는 전기화물차용 저상형 전기냉동탑을 제공하는 데 있는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제 및 목적은 냉장·냉동장치의 작동 성능과 안전성을 향상시킬 수 있도록 하는 전기화물차용 저상형 전기냉동탑을 제공하는 데 있는 것이다.
여기서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제 및 목적은 이상에서 언급한 기술적 과제 및 목적으로 국한하지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제 및 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같은 본 발명의 기술적 과제를 해결하기 위한 새로운 착상을 구체화하면서 특정의 기술적 목적을 효과적으로 달성하기 위한 본 발명의 실시 태양(aspect)에 따른 구체적인 수단은, 전면과 상면이 만나는 모서리 부분에 장착구멍이 형성되고, 냉장·냉동장치를 갖춘 리퍼 컨테이너, 상기 리퍼 컨테이너의 내부 공간을 격실과 화물칸으로 분리시키기 위하여 막은 격벽, 상기 장착구멍을 폐쇄하면서 상기 냉장·냉동장치를 구성하는 실외기의 일부분을 상기 격실 안으로 매입시킨 상태로 받치기 위하여 상기 격실의 내부에 고정되고, 바닥면의 가운데 부분에 배수로가 형성된 받침대, 상기 격실 내에서 상기 받침대의 배수로와 연결되어 상기 실외기에서 배출되는 물이 상기 배수로를 통해 외부로 빠져나가도록 유도하는 배수관, 상기 격실 내에 격리하여 수납되고 충전 소켓을 통해 전력을 충전하여 상기 냉장·냉동장치의 구동에 필요한 전력을 공급하는 배터리팩, 상기 배터리팩의 충방전 시 직류 및 교류를 양방향으로 변환하는 양방향 컨버터, 상기 배터리팩의 상태를 모니터링 및 동작을 자동 관리하는 BMS, 상기 BMS 및 차량의 EVCC와 전기적으로 연결되어 상기 배터리팩의 충방전과 관련된 프로세스를 처리하며, 상기 양방향 컨버터의 충전 또는 방전 모드를 설정하고, 그 설정된 모드에 따라 상기 배터리팩의 충전 및 방전을 제어하는 제어부, 상기 충전 소켓과 상기 양방향 컨버터 사이를 연결하는 전기 회로의 개폐를 제어하는 제1릴레이 및 상기 양방향 컨버터와 상기 냉장·냉동장치 사이를 연결하는 전기 회로의 개폐를 제어하는 제2릴레이를 포함하여 채용하는 것을 특징으로 하는 전기화물차용 저상형 전기냉동탑을 제시한다.
이로써 본 발명은 냉장·냉동장치를 구성하는 구성요소 중 실외기의 일부분이 리퍼 컨테이너 안으로 매입되어 안정적인 장착 상태를 유지할 수 있을 뿐만 아니라 디자인적 심미감을 향상시키고 공간 효율성을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 태양(aspect)은, 상기 격실 내에 격리하여 수납되고, 상기 배터리팩에서 누출되는 전해질 성분의 오프 가스(휘발성 유기화합물)를 미리 감지하여 상기 제어부로 전송하는 가스센서, 상기 격실 내 공기의 순환 및 온도 조절을 하기 위하여 상기 리퍼 컨테이너의 전면에 형성된 환기구, 상기 환기구에 장치되고, 상기 가스센서의 감지 신호 및 상기 제어부의 제어 신호에 따라 작동하여 상기 격실 내의 가스를 배출하여 환기하는 배기팬 및 내기와 외기를 순환시켜서 상기 격실 내 공기의 온도와 습도를 일정하게 유지하는 항온항습기를 더 포함하여 구성됨으로써 냉장·냉동장치의 작동 성능(효율, 출력 또는 용량, 에너지 소비율 등)과 안전성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시 태양(aspect)은, 상기 격실 내부의 공기 및 가스 압력을 계측하여 제어에 알맞은 전기 신호로 변환하는 압력센서 및 상기 압력센서의 신호에 따라 상기 격실 내부의 공기 및 가스 압력이 설정된 압력보다 상승하면 낮추어 압력을 일정하게 유지하는 감압밸브를 더 포함하여 구성됨으로써 배터리팩의 성능, 효율 및 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하고자 특유한 해결 수단이 기초하고 있는 본 발명의 기술사상 및 실시 예(embodiment)에 따르면, 리퍼 컨테이너의 격실 내에 차량과 별개의 배터리팩을 격리한 채로 탑재하여 냉장·냉동장치의 구동에 필요한 전력을 독립적으로 공급함으로써 전력 효율을 극대화할 수 있다.
아울러 리퍼 컨테이너 안으로 냉장·냉동장치를 구성하는 구성요소 중 실외기의 일부분이 매입됨으로써 안정적인 장착 상태를 유지할 수 있을 뿐만 아니라 디자인적 심미감을 향상시키고, 또 리퍼 컨테이너의 크기를 줄일 필요가 없어 공간 효율성을 높일 수 있다.
또한, 격실의 내부 분위기 및 상태를 일정하게 유지하여 배터리팩을 안전하게 보호함으로써 열폭주(Thermal Runaway)로 인한 화재 및 폭발 사고 등을 미연에 방지하는 동시에 전기적 신뢰성을 보장함 물론 냉장·냉동장치의 작동 성능(효율, 출력 또는 용량, 에너지 소비율 등)과 안전성을 향상시킬 수 있다.
여기서 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 국한하지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 명확하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전기화물차용 저상형 전기냉동탑을 전기화물차에 탑재한 상태를 나타낸 측면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전기화물차용 저상형 전기냉동탑을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전기화물차용 저상형 전기냉동탑의 구성요소 중 주요 부분을 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전기화물차용 저상형 전기냉동탑의 구성요소 중 전면과 상면 부분을 확대하여 나타낸 횡단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전기화물차용 저상형 전기냉동탑의 구성요소를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 전기화물차용 저상형 전기냉동탑을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 전기화물차용 저상형 전기냉동탑의 구성요소 중 주요 부분을 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 전기화물차용 저상형 전기냉동탑의 구성요소 중 전면과 상면 부분을 확대하여 나타낸 횡단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 전기화물차용 저상형 전기냉동탑의 구성요소를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.
이에 앞서, 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이는 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 개념과 당해 기술분야에서 통용 또는 통상적으로 인식되는 의미로 해석하여야 함을 명시한다.
또한, 본 발명과 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
여기서 첨부된 도면들은 기술의 구성 및 작용에 대한 설명과, 이해의 편의 및 명확성을 위해 일부분을 과장하거나 간략화하여 도시한 것으로, 각 구성요소가 실제의 크기 및 형태와 정확하게 일치하는 것은 아님을 밝힌다.
아울러 본 명세서에서 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함하는 의미이며, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
즉, '포함하다' 또는 '구비하다', '가지다' 등의 용어는 본 명세서에서 설시(說示)하는 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해해야 한다.
아울러 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
이외에도 '부', "모듈' 및 '유닛'의 용어에 대한 의미는 시스템에서 목적하는 적어도 하나의 기능이나 어느 일정한 동작을 처리하는 단위 또는 역할을 하는 형태를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 혹은 하드웨어 및 소프트웨어의 결합 등을 통한 수단이나 독립적인 동작을 수행할 수 있는 디바이스 또는 어셈블리 등으로 구현할 수 있다.
그리고 상단, 하단, 상면, 하면, 또는 상부, 하부, 상측, 하측, 전후, 좌우 등의 용어는 각 구성요소에 있어 상대적인 위치를 구별하기 위해 편의상 사용한 것이다. 예를 들어, 도면상의 위쪽을 상부로 아래쪽을 하부로 명명하거나 지칭하고, 길이 방향을 전후 방향으로, 폭 방향을 좌우 방향으로 명명하거나 지칭할 수 있다.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있다. 즉, 제1, 제2 등의 용어는 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 구성요소는 본 발명의 보호범위를 벗어나지 않는 한에서 제2 구성요소로 명명할 수 있고, 또 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명할 수도 있다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 전기화물차용 저상형 전기냉동탑을 구성하는 주요 구성요소는 리퍼 컨테이너(10), 격벽(12), 받침대(14), 배수관(16), 배터리팩(20), 양방향 컨버터(21), BMS(22), 제어부(23), 제1릴레이(24), 제2릴레이(25), 가스센서(30), 항온항습기(40), 압력센서(50) 및 감압밸브(60)를 포함하고 있다.
리퍼 컨테이너(10)는 내부 공간을 가지며 적어도 후면과 한쪽 측면에 도어가 달린 직육면체 박스 형상으로 형성되어 있고, 전면과 상면이 만나는 모서리 부분에는 장착구멍(11)이 형성되어 있다.
그리고 리퍼 컨테이너(10)는 냉장·냉동장치(R)를 갖춘 구조로 이루어져 있다.
여기서 리퍼 컨테이너(10)는 단열재를 내장하여 냉기의 누출을 방지하고 외기의 유입을 기밀하게 차단하는 단열 샌드위치 패널을 박스형으로 조립한 구조로 구비될 수 있다.
격벽(12)은 리퍼 컨테이너(10)의 내부 공간을 격실(13)과 화물칸으로 분리시키기 위하여 격실(13)과 화물칸 사이를 막고 있다.
즉, 리퍼 컨테이너(10)는 내부가 격벽(12)에 의해 두 부분으로 분리되어 있다.
여기서 격벽(12)은 냉기의 손실 및 누출을 방지하고 격실(13) 내의 열기가 화물칸으로 유입되는 것을 차단하는 단열 샌드위치 패널로 이루어질 수 있고, 아울러 격실(13)의 개폐를 위한 도어가 구비될 수 있다.
또한, 격실(13)의 외부, 즉 리퍼 컨테이너(10)의 바깥쪽 면에는 제어부(23)의 설정 및 제어 정보 등을 외부로 표시하는 LED 또는 디스플레이 장치를 구비할 수 있다.
예를 들어, LED 또는 디스플레이 장치를 통해 배터리팩(20)의 충전량 또는 충방전 상태를 표시, 제어부(23)가 수행하거나 수행한 제어에 대한 정보를 수치, 도표 또는 그래프 형태로 외부 화면에 표시, 배기팬(18), 항온항습기(40), 감압밸브(60)의 작동 상태 여부를 표시할 수 있다.
받침대(14)는 장착구멍(11)을 폐쇄하면서 냉장·냉동장치(R)를 구성하는 구성요소 중 실외기(U)의 일부분을 격실(13) 안으로 매입시킨 상태로 받치기 위하여 격실(13)의 내부에 고정되어 있다.
그리고 받침대(14)의 바닥면 가운데 부분에는 실외기(U)에서 배출되는 물을 모아 한 곳으로 빼내기 위한 배수로(15)가 형성되어 있다.
여기서 받침대(14)는 금속판을 벤딩 가공하여 격실(13)의 전면 내벽면과 천장면에 대응하는 테두리면이 형성될 수 있고, 그 테두리면은 격실(13)의 전면 내벽면과 천장면에 리벳팅 등의 접합 방법으로 견고하게 고정될 수 있다.
아울러 받침대(14)의 가장자리는 리퍼 컨테이너(10)의 천장면과 앞쪽 내벽면에 밀착시킨 상태로 실리콘 실런트(sealant) 등으로 빈틈없이 밀봉하여 기밀성 및 수밀성을 유지할 수 있다.
배수관(16)은 실외기(U)에서 배출되는 물이 배수로(15)를 통해 모여서 리퍼 컨테이너(10)의 외부로 자연스럽고 원활하게 빠져나가도록 안내하기 위해 구비되어 있다.
즉, 배수관(16)은 상부가 격실(13) 내에서 받침대(14)의 배수로(15)와 연결되어 있고, 하부가 격실(13) 내 바닥면을 관통하여 외부로 노출되어 있다.
여기서 배수관(16)은 자유자재로 구부리기 용이하도록 가요성을 갖는 금속제 또는 합성수지제의 플렉시블 튜브로 이루어질 수 있다.
한편, 리퍼 컨테이너(10)의 전면에는 격실(13) 내 공기의 순환 및 온도 조절을 하기 위하여 환기구(17)가 형성되어 있다.
그리고 환기구(17)에는 가스센서(30)의 감지 신호 및 제어부(23)의 제어 신호에 따라 작동하여 격실(13) 내의 가스를 배출하여 환기하는 배기팬(18)이 장착되어 있다.
또한, 환기구(17)는 격실(13) 내부로 빗물 등이 유입되는 것을 차단하기 위하여 보호캡(19)에 의해 커버되어 있다.
즉, 보호캡(19)은 환기구(17)를 통해 격실(13) 내부로 빗물이나 이물질 등이 유입되는 것을 차단하고 공기의 흐름을 조정 및 우회시키기 위하여 환기구(17)가 있는 리퍼 컨테이너(10)의 전면에 일정한 공간 두고 부착되어 있다.
여기서 배기팬(18)은 전원을 끄면 날개가 자동으로 펴져 외부의 먼지나 벌레의 유입을 막는 자동 개폐형 환풍기 또는 사용하지 않을 때에는 개폐기가 자동으로 닫히는 셔터 일체형 환풍기를 채용할 수 있다.
배터리팩(20)은 충전 소켓(26)을 통해 전력을 충전하여 냉장·냉동장치(R)의 구동에 필요한 전력을 공급하며, 격실(13) 내에 격리하여 수납되어 있다.
여기서 배터리팩(20)은 예를 들어, DC 250V의 출력전압을 가지며 충방전이 용이한 2차 전지로 구성될 수 있다.
또한, 배터리팩(20)은 BMS(22)의 제어 신호를 받아 전원의 온/오프 동작 및 전류를 측정하는 파워 모듈을 포함할 수 있다.
양방향 컨버터(21)는 배터리팩(20)의 충방전 시 직류 및 교류를 양방향으로 변환하고 전압과 전력 주파수를 동기화한다.
이를 위해 양방향 컨버터(21)는 AC↔DC 컨버터를 비롯하여 배터리팩(20)에서 나오는 고압의 직류 전원을 냉장·냉동장치(R)의 구동에 적합한 저압의 직류 전원으로 변환하는 승압/강압 컨버터 등 양방향 전력제어 회로가 적용되어 있다.
예를 들어, 양방향 컨버터(21)는 충전 소켓(26)과 배터리팩(20) 사이에 위치하여 전기자동차 충전설비(EVSE)에서 공급되는 AC 전원을 DC 전원으로 변환하여 배터리팩(20)에 공급하고, 아울러 배터리팩(20)의 DC 전원을 AC 전원으로 변환하여 냉장·냉동장치(R)의 GRID(계통전원) 또는 부하(LOAD) 등으로 공급할 수 있다.
BMS(Battery Management System)(22)는 배터리팩(20)의 전압과 전류, 온도 등 충전 상태를 모니터링 및 동작을 자동 관리하여 최적의 상태로 유지시킨다.
제어부(23)는 전기자동차 충전설비의 충전기 커넥터와 충전 소켓(26)의 접속 여부를 체크하며, 양방향 컨버터(21)의 충전 또는 방전 모드를 설정하고, 그 설정된 모드에 따라 배터리팩(20)의 충전 및 방전을 제어한다.
그리고 제어부(23)는 배터리팩(20)의 충전과 관련된 프로세스를 처리하기 위하여 BMS(22) 및 차량의 충전용 통신 컨트롤러(Electric Vehicle Communication Controller; EVCC)(27)와 전기적으로 연결되어 있다.
또한, 제어부(23)는 데이터 통신 타이밍 및 충전 시퀀스 안정화를 도모하기 위한 통신 인터페이스를 포함한다.
즉, 배터리팩(20)을 충전하기 위하여 충전 소켓(26)에 전기자동차 충전설비(EVSE)의 충전기 커넥터를 접속시키면, BMS(22)에 탑재된 통신 인터페이스와 제어부(23)에 탑재된 통신 인터페이스 사이에서 서로 정의된 메시지 포맷을 주고받으면서 충전 프로세스를 수행한다.
예를 들어, BMS(22)에 탑재된 통신 인터페이스를 메인 인터페이스로 하고, 외부로부터 공급되는 전원을 제어하는 제어부(23)의 통신 인터페이스를 서브 인터페이스로 정의할 때, 충전 프로세스는 메인 인터페이스에서 서브 인터페이스로 웨이크업(wake-up) 신호를 송신하고, 웨이크업 후 제어부(23)를 온(ON)시켜 CAN(Controller Network Area) 통신을 시작하여 충전준비 완료 후 서브 인터페이스에서 메인 인터페이스로 충전 준비완료 메시지를 송신하면, BMS(22)는 충전 지령을 송신함으로써 충전을 시작한다.
한편, 제어부(23)는 충전종료 조건을 만족하면, 충전을 종료한 후에 BMS(22)로부터 웨이크업 오프(Off) 신호를 송신하고 CAN 통신을 종료한다.
그리고 제어부(23)는 차량과 전기적 신호에 의해 실시간으로 상호 연동 및 동기화하여 데이터를 처리할 수 있고, 아울러 양방향 컨버터(21), BMS(22), 차량의 EVCC(27)와 CAN(Controller Network Area) 통신을 통해 서로 연결되어 통신할 수 있다.
또한, 제어부(23)는 리모컨(remoto control), 터치스크린 등과 같이 별도의 제어 장치 또는 사용자 인터페이스 장치를 통해 사용자의 조작 신호를 포함한 각종 제어 명령이나 데이터를 입력받을 수 있다.
아울러 제어부(23)는 각 구성들로부터 충전에 관한 정보 또는 신호를 획득할 수 있다.
여기서 제어부(23)는 처리 기능을 수행하는 프로세서와 데이터를 저장하는 메모리를 포함할 수 있고, 이는 ASICs(Application Apecific Integrated Circuits), DSPs(Digital Signal Processors), DSPDs(Digital Signal Processing devices), PLDs(Programmable Logic Devices), FPGAs(Field Programmable Gate Arrays), 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로프로세서(micro-processors) 중 적어도 어느 하나를 이용하여 구현될 수 있다.
제1릴레이(24)는 제어부(23)의 제어 신호에 따라 충전 소켓(26)과 양방향 컨버터(21) 사이를 연결하는 전기 회로의 개폐를 제어한다.
제2릴레이(25)는 제어부(23)의 제어 신호에 따라 양방향 컨버터(21)와 냉장·냉동장치(R) 사이를 연결하는 전기 회로의 개폐를 제어한다.
여기서 제1 및 제2릴레이(24)(25)는 양방향 컨버터(21)로부터 공급되는 전류에 의해 작동하는 구조를 채용할 수 있다.
한편, 충전 소켓(26)은 전기자동차 충전설비(Electric Vehicle Service Equipment; EVSE)의 충전기 커넥터를 접속시켜 교류(AC) 전원을 완속충전하기 위하여 차량에 탑재되어 있다.
예를 들어, 충전 소켓(26)은 전기자동차 충전설비로부터 220V의 교류 전원을 인가받아 양방향 컨버터(21)를 통해 직류 전원으로 변환하여 배터리팩(20)에 충전할 수 있다.
여기서 충전 소켓(26)은 완속충전용 AC 단상(5PIN) 타입으로 이루어질 수 있다.
한편, EVCC(27)는 배터리팩(20)의 충전 시 충전 인프라와 IEC61851-1 또는 SAE J1772와 같은 충전 표준 규격에 따라 Pilot 통신을 통해 전압, 전류 등 충전 상태를 제어하고 요금정보 제공 및 보안인증 기능을 수행할 수 있다.
가스센서(30)는 배터리팩(20)에서 누출되는 전해질 성분의 오프 가스(휘발성 유기화합물)를 미리 감지하여 제어부(23)로 전송하며, 격실(13) 내에 격리하여 수납되어 있다.
즉, 가스센서(30)의 감지 신호 및 제어부(23)의 제어 신호에 따라 배기팬(18)이 작동하여 격실(13) 내부의 가스를 배출하여 환기한다.
항온항습기(40)는 격실(13)의 내기와 외기를 순환시켜서 격실(13) 내 공기의 온도와 습도를 일정하게 유지한다.
압력센서(50)는 격실(13) 내부의 공기 및 가스 압력을 계측하여 제어에 알맞은 전기 신호로 변환한다.
감압밸브(60)는 압력센서(50)의 신호에 따라 격실(13) 내부의 공기 및 가스 압력이 설정된 압력보다 상승하면 낮추어 압력을 일정하게 유지한다.
여기서 감압밸브(60)는 제어부(23)의 제어에 의해 작동하는 솔레노이드 밸브로 이루어질 수 있다.
또한, 감압밸브(60)의 설치 위치 및 개수를 한정하지 아니한다. 즉, 감압밸브(60)는 격실(13)의 크기에 따라 내부의 압력이 순간적으로 감소할 수 있도록 여러 개를 분산 배치하는 것이 바람직하다.
아울러 감압밸브(60)는 배터리팩(20)에서 누출되는 전해질 성분의 오프 가스를 원활하게 배기(밖으로 빨아냄)시키기 위하여 진공탱크(61)와 연결되어 있다.
즉, 진공탱크(61)는 격실(13)의 하부에 설치되어 있고, 이 진공탱크(61)와 격실(12)의 내부는 감압밸브(60)를 통해 연결되어 있다.
따라서 배터리팩(20)에서 오프 가스가 배출되거나 격실(13) 내의 기압이 설정값보다 상승하면 가스센서(30)의 감지 신호 및 제어부(23)의 제어에 따라 1차적으로 배기팬(18)이 작동하여 가스를 배출하고, 지속적으로 압력이 상승하여 일정 압력을 초과하면 압력센서(50)가 이를 감지하고, 제어부(23)는 압력센서(50)에서 받은 신호를 바탕으로 감압밸브(60)를 개방하여 진공탱크(61)의 압력과 격실(13) 간의 압력차로 가스를 배기시켜 순간적으로 격실(13) 내의 압력을 줄일 수 있다.
또한, 격실(13) 내에 발생하는 오프 가스는 배기팬(18)을 통해 1차적으로 배출시키고, 항온항습기(40)의 온도 및 습도 조절을 통해 배터리팩(20)의 온도 상승을 방지하며, 격실(13) 내부가 일정 압력을 초과하면 감압밸브(60)의 작동으로 감압하여 배터리셀 내부 온도가 급상승하는 열폭주(Thermal Runaway)로 인한 화재 및 폭발 사고를 최소화할 수 있다.
한편, 냉장·냉동장치(R)는 배터리팩(20)으로부터 양방향 컨버터(21)를 통해 공급되는 AC 220V의 교류 전원에 의해 구동될 수 있다.
여기서 냉장·냉동장치(R)는 냉매에 의하여 저온을 얻어 목적물을 냉각 또는 냉동시키는 기계 장치로, 냉매에 의한 냉동 사이클을 형성하기 위하여 응축기(condenser), 증발기(evaporator), 냉각기(cooler), 압축기(compressor), 팽창밸브(expanssive valve) 등으로 구성될 수 있다.
특히 증발기는 팽창밸브를 통과하여 저온·저압으로 감압된 액체 냉매를 증발시켜 주위의 공간 또는 피냉각 물체와 열교환시킴으로써 리퍼 컨테이너(10)의 화물칸 내부의 열을 흡수하여 냉각하고, 흡수한 열은 응축기를 통해 외부로 방출하기 위하여 리퍼 컨테이너(10)의 화물칸 내 천장면에 장착되어 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 실시 예에 따른 전기화물차용 저상형 전기냉동탑은 리퍼 컨테이너(10)의 격실(13) 내에 차량과 별개의 배터리팩(20)을 격리한 채로 탑재하여 냉장·냉동장치(R)의 구동에 필요한 전력을 독립적으로 공급할 수 있다.
아울러 리퍼 컨테이너(10) 안으로 냉장·냉동장치(R)를 구성하는 구성요소 중 실외기(U)의 일부분이 매입됨으로써 안정적인 장착 상태를 유지할 수 있을 뿐만 아니라 디자인적 심미감과 공간 효율성을 높일 수 있다.
또한, 격실(13)의 내부 분위기 및 상태를 일정하게 유지하여 배터리팩(20)을 안전하게 보호함으로써 전기적 신뢰성은 물론 냉장·냉동장치(R)의 작동 성능(효율, 출력 또는 용량, 에너지 소비율 등)과 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.
한편, 제어부(19)는 냉장·냉동장치(R)의 작동 오프 상태를 확인한 후, 차량의 EVCC(27)를 통해 전기자동차 충전설비(Electric Vehicle Service Equipment; EVSE)와 통신하여 충전 소켓(26)에 전기자동차 충전설비의 충전기 커넥터가 접속된 상태인지 여부를 확인한 다음 EVCC(27)와의 통신 호환 여부를 체크 및 확인하여 통신이 호환 가능한 상태, 즉 정상 상태이면, 제1릴레이(24)를 온(on) 및 제2릴레이(25)를 오프(off) 동작시키고, 양방향 컨버터(21)를 작동시켜 배터리팩(20)을 충전한다.
이때, 제어부(19)는 EVCC(27)와의 통신 프로토콜이 호환 가능하지 여부를 체크하여 실시간으로 데이터 통신이 가능하면 정상으로, 불가능하면 비정상으로 판단할 수 있다.
이후, 제어부(19)는 BMS(22)를 통해 배터리팩(20)의 배터리 충전 상태(SOC: State Of Charge)를 실시간으로 확인하여 미리 정해진 범위에 도달하면 충전을 완료한다.
예를 들어, 배터리팩(20)의 충전 잔량이 100%이면 제어부(19)는 제1릴레이(24)를 오프(off)시킴으로써 충전을 종료할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 충전시스템을 구성하는 장치 및 구성요소는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다.
예를 들어, 프로세서, 컨트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다.
그리고 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 운영 체제상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있고, 소프트웨어의 실행에 응답하여 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다.
예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같이 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction) 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다.
아울러 본 발명의 실시 예에 따른 충전방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예로는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media) 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.
프로그램 명령의 예로는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
한편, 본 발명은 상술한 실시 예(embodiment) 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 안에서 예시되지 않은 여러 가지로 다양하게 변형하고 응용할 수 있음은 물론이고 각 구성요소의 치환 및 균등한 타 실시 예로 변경하여 폭넓게 적용할 수도 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백하다.
그러므로 본 발명의 기술적 특징을 변형하고 응용하는 것에 관계된 내용은 본 발명의 기술사상 및 범위 내에 포함되는 것으로 해석하여야 할 것이다.
10: 리퍼 컨테이너 11: 장착구멍
12: 격벽 13: 격실
14: 받침대 15: 배수로
16: 배수관 17: 환기구
18: 배기팬 19: 보호캡
20: 배터리팩 21: 양방향 컨버터
22: BMS 23: 제어부
24: 제1릴레이 25: 제2릴레이
26: 충전 소켓 27: EVCC
30: 가스센서 40: 항온항습기
50: 압력센서 60: 감압밸브
12: 격벽 13: 격실
14: 받침대 15: 배수로
16: 배수관 17: 환기구
18: 배기팬 19: 보호캡
20: 배터리팩 21: 양방향 컨버터
22: BMS 23: 제어부
24: 제1릴레이 25: 제2릴레이
26: 충전 소켓 27: EVCC
30: 가스센서 40: 항온항습기
50: 압력센서 60: 감압밸브
Claims (3)
- 전면과 상면이 만나는 모서리 부분에 장착구멍(11)이 형성되고, 냉장·냉동장치(R)를 갖춘 리퍼 컨테이너(10);
상기 리퍼 컨테이너(10)의 내부 공간을 막은 격벽(12)에 의해 화물칸과 분리된 격실(13);
상기 냉장·냉동장치(R)를 구성하는 실외기(U)의 일부분이 상기 장착구멍(11)을 통해 상기 격실(13) 안으로 매입된 상태를 받쳐 지지하기 위해 상기 격벽(12)에 의해 분리된 상기 격실(13)의 내에 상기 장착구멍(11)을 막은 채 고정된 받침대(14);
상기 실외기(U)에서 배출되는 물이 빠져나가도록 상기 받침대(14)의 바닥면 가운데 부분에 형성된 배수로(15);
상기 실외기(U)에서 배출되는 물을 상기 격실(13)의 외부로 빼내기 위해 상기 배수로(15)와 연결된 배수관(16);
상기 격실(13) 내에 격리하여 수납되고, 충전 소켓(26)을 통해 전력을 충전하여 상기 냉장·냉동장치(R)의 구동에 필요한 전력을 공급하는 배터리팩(20);
상기 배터리팩(20)의 충방전 시 직류 및 교류를 양방향으로 변환하는 양방향 컨버터(21);
상기 배터리팩(20)의 상태를 모니터링 및 동작을 자동 관리하는 BMS(22);
상기 BMS(22) 및 차량의 EVCC(27)와 전기적으로 연결되어 상기 배터리팩(20)의 충방전과 관련된 프로세스를 처리하며, 상기 양방향 컨버터(21)의 충전 또는 방전 모드를 설정하고, 그 설정된 모드에 따라 상기 배터리팩(20)의 충전 및 방전을 제어하는 제어부(23);
상기 충전 소켓(26)과 상기 양방향 컨버터(21) 사이를 연결하는 전기 회로의 개폐를 제어하는 제1릴레이(24);
상기 양방향 컨버터(21)와 상기 냉장·냉동장치(R) 사이를 연결하는 전기 회로의 개폐를 제어하는 제2릴레이(25);
상기 격실(13) 내에 격리하여 수납되고, 상기 배터리팩(20)에서 누출되는 전해질 성분의 오프 가스(휘발성 유기화합물)를 미리 감지하여 상기 제어부(23)로 전송하는 가스센서(30);
상기 격실(13) 내 공기의 순환 및 온도 조절을 하기 위하여 상기 리퍼 컨테이너(10)의 전면에 형성된 환기구(17);
상기 환기구(17)에 장치되고, 상기 가스센서(30)의 감지 신호 및 상기 제어부(23)의 제어 신호에 따라 작동하여 상기 격실(13) 내의 가스를 배출하여 환기하는 배기팬(18);
상기 격실(13)의 내기와 외기를 순환시켜서 상기 격실(13) 내 공기의 온도와 습도를 일정하게 유지하는 항온항습기(40);
상기 격실(13) 내의 공기 및 가스 압력을 계측하여 제어에 알맞은 전기 신호로 변환하는 압력센서(50); 및
상기 압력센서(50)의 신호에 따라 상기 격실(13) 내의 공기 및 가스 압력이 설정된 압력보다 상승하면 낮추어 압력을 일정하게 유지하는 감압밸브(60);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화물차용 저상형 전기냉동탑. - 삭제
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| KR1020210080865A KR102316363B1 (ko) | 2021-06-22 | 2021-06-22 | 전기화물차용 저상형 전기냉동탑 |
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- 2021-06-22 KR KR1020210080865A patent/KR102316363B1/ko active IP Right Grant
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