KR102482959B1 - 초전도 배터리트레이를 포함하는 전기차 배터리 전용 급속충전기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초전도 배터리트레이를 포함하는 전기차 배터리 전용 급속충전기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 초전도부를 급속충전기 내부의 충전 파트에서 배터리트레이 파트까지 적용하여 열발생을 원천적으로 차단하여 효율성 높은 전기차 배터리 전용 급속충전기를 구현할 수 있는 초전도 배터리트레이를 포함하는 전기차 배터리 전용 급속충전기에 관한 것이다.

Description

초전도 배터리트레이를 포함하는 전기차 배터리 전용 급속충전기{Fast charger for electric vehicle batteries including superconducting battery tray}

본 발명은 초전도 배터리트레이를 포함하는 전기차 배터리 전용 급속충전기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 초전도부를 급속충전기 내부의 충전 파트에서 배터리트레이 파트까지 적용하여 열발생을 원천적으로 차단하여 효율성 높은 전기차 배터리 전용 급속충전기를 구현할 수 있는 초전도 배터리트레이를 포함하는 전기차 배터리 전용 급속충전기에 관한 것이다.

지구 온난화가 가속되면서 기상 재앙이 발생하고, 심각한 기후변화로 삶을 위협받고 있다.

이에 대해 전 세계적으로 강력한 이산화탄소 규제에 한목소리를 내고 있고, 이러한 환경적, 사회적 요청에 따라 자동차 산업은 새로운 국면을 맞이하고 있으며, 그 일환으로 내연기관 자동차에서 배출되는 배기가스의 배출을 최소화할 수 있는 친환경 자동차에 대한 관심이 높아지고 있다.

이러한 친환경 자동차는 동력원에 따라 내연기관과 전기에너지를 겸용하는 하이브리드 자동차(HEV;Hybrid Electric Vehicle), 전기에너지만을 사용하는 전기자동차(EV;Electric Vehicle) 및 연료전지를 사용하는 연료전지 자동차(FCEV;Fuel Cell Electric Vehicle) 등으로 구분된다.

우리나라도 이산화탄소의 배출을 감소시키고자 하는 세계적 추세에 호응하여 전기자동차를 양산하기로 하는 등 전기자동차의 수요 및 보급이 급증할 것으로 예상된다.

또한, 플러그-인-하이브리드 전기자동차(PHEV;Plug-in-Hybrid Electric Vehicle)와 같은 전기자동차는 낮은 에너지 소비 및 낮은 공기 오염 등과 같은 장점을 가지고 있다.

이와 같은 전기 자동차는 특히 스마트 그리드(smart grid)의 패러다임에서 환경 오염과 에너지 절약을 해결하는데 중요한 역할을 한다.

전기 자동차의 급격한 사용과 함께, 전력망(power grid)에 대한 전기 자동차 부하의 영향에 대한 많은 연구들이 진행되어 왔다.

전기 자동차의 보급으로 전기차 충전 시설에 대한 인프라가 점차 확충되고 있다.

초기에 전기 자동차는 저전력으로 장시간 충전을 진행하였으나, 기존의 내연기관 차량과 비교 시 상당한 시간이 소요되어 많은 사용자의 불편을 초래하였다.

이러한 불편을 해결하기 위하여 고전력으로 단시간에 급속 충전하는 기술에 대한 연구 개발이 활발히 진행 중에 있다.

그런데, 급속 충전을 위해서는 충전기(충전 단말)를 냉각하는 시스템이 필수적으로 요구된다.

냉각 시스템은 급속 충전 중에 전력 송신선에서 발생하는 열을 냉각하는 목적으로 사용되고 있다.

급속 전력 송신에 있어서 냉각은 충전 효율에 굉장히 지배적이다.

일반적으로 금속은 온도가 증가하면 전기 전도도가 같이 증가하고 전기적 손실이 줄면서 전력충전 효율이 증가하여 더 좋은 시스템으로 판단하지만, 충전 단말(디스펜서) 및 차량 모두 열적 내구성을 갖춰야 하므로 내외부적으로 시스템의 단가 상승과 송전선(디스펜서부 포함)의 두께 증가에 따른 무게 증가가 발생하게 된다.

따라서, 전력을 급속 공급하여도, 실온으로 유지 냉각을 할 수 있으며, 장시간 충전에도 강건한 안정성과 높은 충전 효율을 가질 수 있는 충전기 및 송전선(디스펜서부 포함)의 냉각 시스템이 요구된다.

한편, 종래 급속 충전기의 경우, 충전 파트에서 구리선 디스펜서로 전력이 공급될 경우에 열이 발생하여 수냉식 디스펜서를 적용하고 있었다.

이러한 경우, 고출력의 전력을 송전할 경우에 전압 증가와 구리선 두께가 두꺼워져 무게가 증가하고, 발열량이 상승하여 사실상 고출력 디스펜서 제공에 기술적 한계가 발생하였다.

따라서, 디스펜서를 생략하고, 즉, 급속충전기에서 전기차를 충전하는 디스펜서가 아닌, 전용 급속 충전기에 접속되는 배터리(EV용 이동충전기에 탈부착하는)를 충전하는 용도로 구성되는 새로운 스타일의 충전기를 제안하게 된 것이다.

한국등록특허 제10-1972778호

따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,

기존의 EV용 고정형 급속충전기는 구리선을 재료로 하는 라인이 연결된 디스펜서를 통하여 EV에 직접 꽂아서 사용하는데 이때, 사용되는 구리선 라인과 디스펜서가 가격이 비싸서 충전기 제조원가의 40% ~ 50%를 차지할 정도로 충전기 제조단가의 상승 원인이 되었다.

따라서, 본 발명에서는 기존의 고정형 충전기에 들어가는 구리선과 디스펜서를 생략하여 제조원가를 낮추는 목적을 가지고 있다.

본 발명의 다른 목적은 초전도부를 급속충전기 내부의 충전 파트에서 배터리트레이 파트까지 적용하여 열발생을 원천적으로 차단하여 효율성 높은 전기차 배터리 전용 급속충전기를 구현할 수 있도록 하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 직선 형태의 초전도코어부를 감싸는 스크류 형태의 냉매관을 통해 냉매를 제공할 수 있는 초전도부(300)를 제공하여 저속 회전에도 여러번 회전한 것 같은 효과를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 냉매관을 따라 다수의 진동점을 갖는 초음파 진동소자들을 제공하여 스크류 회전 방식과 진동 방식을 복합적으로 제공하고자 한다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 초전도 배터리트레이를 포함하는 전기차 배터리 전용 급속충전기는,

내부 공간이 형성되어 있으며, 다단으로 이루어져 있는 충전본체부(100);와

상기 충전본체부 내부에 다단으로 다수 배열되어 있으며, 전력을 저장하고 있는 다수의 배터리팩(150);과

냉매탱크를 포함하여 구성하여 냉매탱크와 다수의 배터리팩(150)들 사이에 연결되어 있는 초전도부(300)에 냉매를 공급하기 위한 냉각수단(200);과

상기 다수의 배터리팩들을 서로 연결시키며, 초전도 도체층을 포함하고 있으며, 상기 초전도 도체층을 초전도 상태로 냉각하는 냉매관을 포함하고 있는 초전도부(300);를 포함하여 구성함으로써, 본 발명의 과제를 해결하게 된다.

본 발명에 따른 초전도 배터리트레이를 포함하는 전기차 배터리 전용 급속충전기는,

초전도부를 급속충전기 내부의 충전 파트에서 배터리트레이 파트까지 적용하여 열발생을 원천적으로 차단하여 효율성 높은 전기차 배터리 전용 급속충전기를 구현할 수 있도록 함으로써, 충전기 원가의 절반을 차지하는 디스펜서를 생략하여 제조 비용을 대폭적으로 절감시킬 수 있는 효과를 제공하게 된다.

또한, 직선 형태의 초전도코어부를 감싸는 스크류 형태의 냉매관을 통해 냉매를 제공하여 저속 회전에도 여러번 회전한 것 같은 효과를 제공하여 에너지 효율을 향상시키게 된다.

또한, 냉매관을 따라 다수의 진동점을 갖는 초음파 진동소자들을 제공하여 스크류 회전 방식과 진동 방식을 복합적으로 제공하여 제공되는 냉매를 효율적으로 회전시킬 수 있어 에너지 효율을 더욱 상승시킬 수 있게 된다.

즉, 열 발생을 최소화시키며, 전기 효율을 극대화시켜 일 사용 시간을 늘려줄 수 있도록 함으로써, 경제성 효과와 사용상 편리성을 동시에 제공할 수 있게 된다.

또한, 냉매의 회전력과 초음파로 내부에 냉매에 의한 단열층이 형성되어 초전도부에 물이 발생하는 것을 억제하는 효과도 포함된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 초전도 배터리트레이를 포함하는 전기차 배터리 전용 급속충전기의 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 초전도 배터리트레이를 포함하는 전기차 배터리 전용 급속충전기의 초전도부(300)가 배터리팩에 연결된 예시를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 초전도 배터리트레이를 포함하는 전기차 배터리 전용 급속충전기의 냉각수단(200)을 구체적으로 나타낸 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 초전도 배터리트레이를 포함하는 전기차 배터리 전용 급속충전기의 초전도코어부(310) 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 초전도 배터리트레이를 포함하는 전기차 배터리 전용 급속충전기의 초전도부(300) 단면도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를붙였다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하도록 한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하고, 또한 명세서에 기재된 "부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 초전도 배터리트레이를 포함하는 전기차 배터리 전용 급속충전기의 전체 구성도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명인 초전도 배터리트레이를 포함하는 전기차 배터리 전용 급속충전기는,

내부 공간이 형성되어 있으며, 다단으로 이루어져 있는 충전본체부(100);와

상기 충전본체부 내부에 다단으로 다수 배열되어 있으며, 전력을 저장하고 있는 다수의 배터리팩(150);과

냉매탱크를 포함하여 구성하여 냉매탱크와 다수의 배터리팩(150)들 사이에 연결되어 있는 초전도부(300)에 냉매를 공급하기 위한 냉각수단(200);과

상기 다수의 배터리팩들을 서로 연결시키며, 초전도 도체층을 포함하고 있으며, 상기 초전도 도체층을 초전도 상태로 냉각하는 냉매관을 포함하고 있는 초전도부(300);를 포함하여 구성되되,

상기 다수의 배터리팩은 모듈 형태의 배터리로서, 충전본체부에 탈부착시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.

구체적으로 설명하자면, 상기 충전본체부(100)는 내부 공간이 형성되어 있으며, 다단으로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 다수의 배터리팩(200)은 상기 충전본체부 내부에 다단으로 다수 배열되어 있으며, 전력을 저장하고 있게 된다.

따라서, 도 1과 같이, 다수의 배터리팩들이 적층된 전기차 배터리 전용 급속충전기를 제공할 수가 있게 되는 것이다.

이때, 다수의 배터리팩은 모듈 형태의 배터리로서, 충전본체부에 탈부착시킬 수 있는 것을 특징으로 하게 된다.

구체적으로 상기 충전본체부에 사용하는 전원은 모듈 단위의 완충된 배터리를 외부에서 가져와서 장착하는 방식을 채택함으로써, 기존 이동 충전기의 전원공급장치를 생략하고, 완충된 배터리만을 전원으로 사용할 수 있다.

또한, 상기 충전본체부의 경우, 질소 냉각 처리하여 전기 효율을 향상시키는 것을 특징으로 한다.

즉, 초전도부(300)의 냉매 처리 이외에도 충전본체부 자체에도 질소 냉각 처리함으로써, 무손실 대용량 송전을 가능하게 하는 것이다.

그리고, 상기 냉각수단(200)은 냉매탱크를 포함하여 구성하여 냉매탱크와 다수의 배터리팩(150)들 사이에 연결되어 있는 초전도부(300)에 냉매를 공급하기 위한 기능을 수행하게 된다.

구체적으로 도 2 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 상기와 같은 기능을 수행하기 위하여, 상기 냉각수단(200)은,

냉매가 저장되어 있는 냉매탱크(210);와

상기 냉매탱크에 연결되어 냉매탱크에 보관된 냉매를 제어밸브로 제공하기 위한 펌프부(220);와

제어부의 제어에 따라 전기차 충전시, 오픈되어 냉매를 초전도부(300)로 제공하기 위한 제어밸브(230);와

상기 초전도부(300)에 형성된 냉매관의 일단에 연결되어 냉매관을 통해 순환된 냉매를 회전시키기 위한 회전부(240);와

상기 회전부에 연결되어 있으며, 회전에 의해 밀도 차이로 분리된 액체 냉매와 물 중 물을 회수하기 위한 회수탱크(250);를 포함하여 구성되게 된다.

구체적으로 설명하자면, 펌프부(220)는 냉매탱크에 연결되어 냉매탱크에 보관된 냉매를 제어밸브로 제공하게 되는 것이다.

이때, 제어밸브(230)는 제어부의 제어에 따라 전기차 충전시, 오픈되어 냉매를 초전도부(300)로 제공하게 되는 것이다.

상기 제어부의 경우, 전기차 충전시스템에 일반적으로 구성되어 있는데, 제어밸브에 동작 신호를 제공하여 오픈되어 냉매를 초전도부(300)로 제공하는 것이다.

그리고, 상기 회전부(240)는 상기 초전도부(300)에 형성된 냉매관의 일단에 연결되어 냉매관을 통해 순환된 냉매를 회전시키기 위한 기능을 수행하게 된다.

이때, 상기 회전부에 회수탱크(250)를 연결시키게 되며, 회전부가 회전할 경우에 회전에 의해 원심력이 발생함으로써, 밀도 차이로 액체 냉매와 물을 분리하게 되는 것이다.

이때, 분리된 물을 회수하게 되는 것이다.

또한, 일반적으로 상기 분리된 액체 냉매를 냉매탱크로 제공할 수 있게 되는 것이다.

한편, 초전도부(300)는 상기 내부에 초전도 도체층을 포함하고 있으며, 상기 초전도 도체층을 초전도 상태로 냉각하는 냉매관을 포함하고 있게 된다.

이때, 특징적인 것은 초전도코어부의 외관을 따라 냉매관을 스크류 형태로 구성하는 것이다.

한편, 상기 냉매관의 재질은 금속 재질 또는 플라스틱 재질로 구성할 수 있을 것이다.

이를 통해, 저속 회전에도 여러번 회전한 것 같은 효과를 제공하여 에너지 효율을 향상시키게 된다.

또한, 스크류 형태의 냉매관을 통해 냉매를 제공하게 되는데, 상기 스크류 형태에 의한 냉매의 회전시 발생하는 원심력에 의하여 냉매관의 바깥 부분에 밀도가 높은 물질의 층으로, 냉매 단열막이 형성되어 초전도부(300)에 물이 발생하는 것을 억제하는 효과도 제공하게 된다.

또한, 1개 이상의 초음파 진동소자들을 통하여 저속 회전에도 여러번 회전한 것 같은 효과를 제공하여 에너지 효율을 향상시키게 된다.

구체적으로, 도 4 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 초전도부(300)는,

고정전류 통과 및 케이블 형태를 유지하기 위한 포머(311);와

부하전류 전송하기 위한 내측 초전도 도체층(312);과

전압 절연을 위한 절연층(313);과

부하전류 전송하기 위한 외측 초전도 도체층(314);과

외측 초전도 도체층의 외주를 덮고, 이를 보호하기 위한 보호층(315);를 포함하는 초전도코어부(310)와,

상기 다수의 초전도코어부를 내부에 포함하고 있는 코어보호관(320)과,

상기 내측 초전도 도체층(312)과 외측 초전도 도체층(314)을 초전도 상태로 냉각하는 냉매의 유로를 형성하고, 상기 코어보호관(320)의 외면을 따라 다수 형성되어 있는 냉매관(330)과,

상기 초전도코어부(310)와 코어보호관(320) 및 냉매관(330)을 수납하기 위한 수납관(340)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 초전도부(300)는 초전도 현상을 이용하여 무손실 대용량 송전을 가능하게 할 수 있으며, 액체 헬륨과 액체 질소를 영하 196℃ 이상 극저온 상태로 낮추고 도체에 니옵, 니옵 티탄 등의 초전도 재료를 사용하게 된다.

즉, 포머(311)는 고정전류 통과 및 케이블 형태를 유지하기 위한 기능을 수행하게 된다.

일반적으로 복수의 소선을 꼰 연선(twisted wire) 구조를 가지거나, 금속 파이프나 나선대를 이용한 중공(hollow) 구조를 가지고 있을 수 있다.

전자의 경우, 특히 교류 용도의 경우에는 소선에는 절연 피복을 갖는 동선(cooper wire) 등의 피복 금속선을 적합하게 이용할 수 있지만, 특히 직류 용도의 경우에는 나동선(bare copper wire) 등의 금속선도 이용할 수 있다.

후자의 경우, 알루미늄(합금)관 등을 적합하게 이용할 수 있고, 그 내부를 냉매의 유로로 할 수도 있다.

알루미늄(합금)관의 경우, 유연성이 우수하기 때문에 스트레이트 파이프의 이용도 가능하다.

한편, 냉매관의 재질은 금속 혹은 플라스틱으로 구성되게 된다.

본 발명의 예에서는 피복 또는 비피복 금속선을 꼰 연선 구조의 포머를 나타내고 있으며, 포머와 내측 초전도 도체층의 사이에 쿠션층(도시하지 않음)을 마련하더라도 좋다.

상기 내측 초전도 도체층(312)은 부하전류 전송하기 위한 기능을 수행하게 된다.

예를 들어, 산화물 초전도체를 구비하는 테이프 형상 선재를 이용할 수 있으며, 테이프 형상 선재는 예컨대, Bi2223계 초전도 테이프선이나, RE123계 박막 선재를 이용할 수 있다.

Bi2223계 초전도 테이프선으로서는, Ag-Mn이나 Ag 등의 안정화 금속 중에 Bi2223계 산화물 초전도체로 이루어지는 필라멘트가 배치된 시스선(sheath wire)을 들 수 있다.

RE123계 박막 선재로서는, 금속 기판에 Y, Ho, Nd, Sm, Gd 등의 희토류 원소 RE의 산화물 초전도상(superconducting phase)이 성막된 적층 선재를 들 수 있다.

내측 초전도 도체층(312)은 상기 테이프 형상 선재를 나선 형상으로 감아 형성한 단층 구조, 또는 다층 구조인 것을 들 수 있다.

상기 절연층(313)은 전압 절연을 위한 기능을 수행하게 되는데, 내측 초전도 도체층에서의 사용 전압에 대하여 요구되는 절연을 확보하기 위한 층이다.

절연층에는 상전도 케이블에서 실적이 있고 전기 절연 강도가 우수한 재료, 예를 들어, 절연지와 플라스틱층의 복합 테이프나, 크래프트지를 적합하게 이용할 수 있다.

복합 테이프로서는, PPLP를 들 수 있으며, 이와 같은 적층 테이프 절연의 경우에는, 그 극간에 절연성 액체가 함침된 복합 절연체를 이용할 수 있다.

절연성 액체의 구체적인 예로서는, 냉매와 겸용되는 액체 질소를 들 수 있으며, 액체 질소는 코어보호관(320) 내에 충전함으로써 초전도코어부(310)에 함침되어 절연층을 절연성 액체와 테이프재의 복합 절연체로 한다.

초전도코어부(310)가 냉매에 함침되지 않는 경우, 절연층에는 절연성 액체가 불필요한 CV 케이블 등에서 가교 폴리에틸렌의 압출층 등을 이용할 수 있다.

초전도코어부(310)가 보조 냉매에 침지되는 경우, 상기 복합 테이프나 크래프트지 등의 절연지를 절연층에 적합하게 이용할 수 있다.

이 절연층과 내측 초전도 도체층의 사이 및 절연층과 외측 초전도 도체층 사이에는 일반적으로 안정적인 전기 특성을 얻기에 유효한 반도전층(도시하지 않음)이 마련된다.

상기 외측 초전도 도체층(314)은 부하전류 전송하기 위한 기능을 수행하게 되는데, 직류 케이블의 경우, 단극 송전에서는 내측 초전도 도체층과 외측 초전도 도체층으로 전류의 왕로(forward path)와 귀로(return path)를 구성하는 왕로 도체층 또는 귀로 도체층으로서 이용할 수 있다.

쌍극 송전에서는, 예를 들어, 2 가닥의 초전도 케이블을 이용하고, 각 초전도 케이블의 각 내측 초전도 도체층을 왕로 도체층 및 귀로 도체층으로 하고, 각 외측 초전도 도체층을 중성선으로서 이용할 수 있다.

교류 케이블의 경우, 외측 초전도 도체층은 자기 실드로서 이용할 수 있다.

이 외측 초전도 도체층도 내측 초전도 도체층과 동일한 초전도 선재에 의해 구성된다.

외측 초전도 도체층은 통상 마련되지만 필수는 아니고, 필요에 따라 마련하면 된다.

특히, 직류 송전에 있어서, 내측 초전도 도체층을 전류의 왕로, 외측 초전도 도체층을 전류의 귀로로 하는 경우, 각 도체층의 단면적으로부터 정해지는 통전 용량을 양 도체층에서 동등하게 하여, 왕로 전류와 동등한 귀로 전류를 외측 초전도 도체층에 흐르게 하도록 하는 것이 중요하다.

상기 보호층(315)은 외측 초전도 도체층의 외주를 덮고, 이를 보호하기 위한 기능을 수행하게 된다.

구체적으로, 외측 초전도 도체층의 외주를 덮고, 외측 초전도 도체층을 보호함과 아울러, 수납관(340)과의 절연을 확보한다.

상기 보호층은 크래프트지 등을 감음으로써 형성할 수 있으며, 보호층의 내측에 초전도 케이블과 마찬가지로 상전도층(도시 생략)을 마련할 수도 있다.

이때, 상전도층은 이상 전류의 유로로서 이용할 수 있다.

상기 코어보호관(320)은 다수의 초전도코어부를 내부에 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.

예를 들어, 3개의 초전도코어부를 내부에 포함하고 있으며, 이를 통해 외압으로부터 내부 컨디셔닝을 유지할 수 있게 되는 것이다.

상기 냉매관(330)은 내측 초전도 도체층(312)과 외측 초전도 도체층(314)을 초전도 상태로 냉각하는 냉매의 유로를 형성하고, 상기 코어보호관(320)의 외면을 따라 다수 형성되어 있게 된다.

냉매관 내에는 냉매가 유통되고, 상기 초전도코어부(310)의 초전도 도체층을 초전도 상태로 유지할 수 있도록 냉각한다.

이 냉매관은 스트레이트 파이프나 코러게이트 파이프를 적합하게 이용할 수 있다.

스트레이트 파이프는 작은 압력 손실로 냉매를 원활하게 유통시키기 쉽고, 코러게이트 파이프는 스트레이트 파이프에 비하면 약간 압력 손실이 커지지만, 유연성이 우수하다.

냉매관의 초전도코어부(310)에 대한 배치 형태나 수로서는 냉매관이 초전도코어부(310)를 따라 배치되어 있고, 이 냉매관 내에 흐르는 냉매에 의해 초전도코어부(310)가 필요한 온도까지 냉각되는 조건을 만족하는 한, 어떠한 형태 혹은 수이더라도 좋다.

예를 들어, 초전도코어부(310)의 외주에 필요 내경을 갖는 냉매관을 필요한 수 만큼 구성하거나, 초전도코어부(310)에 냉매관을 세로로 배치하는 것을 들 수 있다.

도 4 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 초전도코어부(310)의 외주에 냉매관을 한 방향으로 꼬면 초전도코어부(310)를 그 전체 둘레에 걸쳐 균일하게 냉각하기 쉽다.

특히, 3개의 초전도코어부(310)가 꼬여 있는 경우, 각 초전도코어부(310)의 꼬인 홈에 맞도록 냉매관을 배치하면, 냉매관과 초전도코어부(310)의 접촉 영역을 증대시켜 보다 효율적으로 초전도코어부(310)를 냉각할 수 있다.

냉매관의 내경과 수와 케이블 코어 또는 내측 수납관의 외측으로의 냉매관의 배치의 조밀도는 냉각 구간 길이와 냉매유량과 냉매관을 수납하는 수납관의 외경을 어떻게 설계하는지에 따라, 코어를 충분히 냉각할 수 있도록 정하면 된다.

이때, 바람직하게, 상기 초전도코어부의 외관을 따라 냉매관을 스크류 형태로 구성함으로써, 스크류 회전의 원심력에 의한 냉매단열층이 형성되고 물의 발생을 억제하여 초전도부의 온도를 효율적으로 유지하여, (기존 구리선 보다) 전기 효율을 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.

즉, 냉매가 초전도코어부의 외관을 따라 회전하도록 하는 것이며, 이렇게 회전되면, 가운데는 초전도코어부가 냉매와 같이 있게 되고, 바깥의 공기와 접촉되는 부분에서 녹는 물질은 스크류 단면에서 회전으로 확인 가능할 수 있듯이, 원심력에 의해서 무거운 물질은 바깥 부분을 따라 흐르게 됨으로 냉매관 전체에 물이 발생하는 현상을 막을 수 있게 된다.

따라서, 물은 원심력에 의해서 전선 바깥 부분을 차지하게 되는 것이다.

그리고, 냉매를 펌프로 밀어내고 순환하여 다시 냉매를 회수할 때 냉매와 물을 분리하여 회수할 수 있도록 하는데, 회전에 따른 원심력에 의한 밀도 차이로 액체 냉매와 물을 분리되며, 분리된 물을 회수탱크에서는 회수하게 되는 것이다.

그리고, 상기 수납관(340)은 초전도코어부(310)와 코어보호관(320) 및 냉매관(330)을 수납하기 위한 기능을 수행하게 된다.

한편, 부가적인 양상에 따라, 상기 초전도부(300)의 외관을 따라 일정 간격으로 초음파 진동소자(400);를 더 포함하여 구성함으로써, 스크류 회전 방식과 진동 방식을 복합적으로 제공하여 제공되는 냉매를 효율적으로 회전시킬 수 있어 에너지 효율을 더욱 상승시킬 수 있는 효과를 제공할 수 있게 된다.

즉, 충전본체부(100)와 다수의 배터리팩(150) 간을 연결시키는 초전도부(300)의 외관을 따라 일정 간격으로 초음파 진동소자를 구성할 경우에, 냉매가 공급될 경우에, 제어부(미도시)의 제어 신호를 상기 다수의 초음파 진동소자들로 제공함으로써, 진동하도록 하는 것이다.

이때, 무선통신모듈을 상호 구성하여 초음파 진동소자에 동작 신호를 제공할 수 있도록 구성하게 된다.

즉, 스크류 형태로 구성된 냉매관의 외관을 따라 구성되므로 냉매의 회전을 더욱 상승시키게 되는 것이다.

상기와 같은 구성을 통해, 초전도부를 급속충전기 내부의 충전 파트에서 배터리트레이 파트까지 적용하여 열발생을 원천적으로 차단하여 효율성 높은 전기차 배터리 전용 급속충전기를 구현할 수 있도록 함으로써, 충전기 원가의 절반을 차지하는 디스펜서를 생략하여 제조 비용을 대폭적으로 절감시킬 수 있는 효과를 제공하게 된다.

또한, 직선 형태의 초전도코어부를 감싸는 스크류 형태의 냉매관을 통해 냉매를 제공하여 저속 회전에도 여러번 회전한 것 같은 효과를 제공하여 에너지 효율을 향상시키게 된다.

또한, 냉매관을 따라 다수의 진동점을 갖는 초음파 진동소자들을 제공하여 스크류 회전 방식과 진동 방식을 복합적으로 제공하여 제공되는 냉매를 효율적으로 회전시킬 수 있어 에너지 효율을 더욱 상승시킬 수 있게 된다.

즉, 열 발생을 최소화시키며, 전기 효율을 극대화시켜 일 사용 시간을 늘려줄 수 있도록 함으로써, 경제성 효과와 사용상 편리성을 동시에 제공할 수 있게 된다.

또한, 냉매의 회전력과 초음파로 내부에 냉매에 의한 단열층이 형성되어 초전도부에 물이 발생하는 것을 억제하는 효과도 포함된다.

상기와 같은 내용의 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시된 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.

100 : 전력공급수단
200 : 냉각수단
300 : 초전도부
400 : 초음파 진동소자

Claims (2)

1. 초전도 배터리트레이를 포함하는 전기차 배터리 전용 급속충전기에 있어서,
   내부 공간이 형성되어 있으며, 다단으로 이루어져 있는 충전본체부(100);와
   상기 충전본체부 내부에 다단으로 다수 배열되어 있으며, 전력을 저장하고 있는 다수의 배터리팩(150);과
   냉매탱크를 포함하여 구성하여 냉매탱크와 다수의 배터리팩(150)들 사이에 연결되어 있는 초전도부(300)에 냉매를 공급하기 위한 냉각수단(200);과
   상기 다수의 배터리팩들을 서로 연결시키며, 초전도 도체층을 포함하고 있으며, 상기 초전도 도체층을 초전도 상태로 냉각하는 냉매관을 포함하고 있는 초전도부(300);와
   상기 초전도부(300)의 외관을 따라 일정 간격으로 다수 형성되는 초음파 진동소자(400);를 포함하여 구성되되,
   상기 다수의 배터리팩은 모듈 형태의 배터리로서, 충전본체부에 탈부착시킬 수 있는 것을 특징으로 하며,
   상기 냉각수단(200)은,
   냉매가 저장되어 있는 냉매탱크(210);와
   상기 냉매탱크에 연결되어 냉매탱크에 보관된 냉매를 제어밸브로 제공하기 위한 펌프부(220);와
   제어부의 제어에 따라 전기차 충전시, 오픈되어 냉매를 초전도부(300)로 제공하기 위한 제어밸브(230);와
   상기 초전도부(300)에 형성된 냉매관의 일단에 연결되어 냉매관을 통해 순환된 냉매를 회전시키기 위한 회전부(240);와
   상기 회전부에 연결되어 있으며, 회전에 의해 밀도 차이로 분리된 액체 냉매와 물 중 물을 회수하기 위한 회수탱크(250);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초전도 배터리트레이를 포함하는 전기차 배터리 전용 급속충전기.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 충전본체부의 경우,
   질소 냉각 처리하여 전기 효율을 향상시키는 것을 특징으로 하는 초전도 배터리트레이를 포함하는 전기차 배터리 전용 급속충전기.

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