KR20030078738A - 에너지 저장 모듈 및 전기 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기 장치, 특히 전기 공작 기계에 전류를 공급하기 위한 에너지 저장 모듈에 관한 것이며, 상기 모듈은 전기 에너지를 저장하기 위한 적어도 하나의 셀(10)과 상기 셀(10)을 지지하기 위한 적어도 하나의 셀 캐리어(12)를 구비하고, 상기 셀 캐리어(12)는 셀(10)과 접촉한다. 셀(10) 내에 발생된 열손실을 양호하게 배출시키기 위해 셀 캐리어(12)는 적어도 부분적으로 열전도성 재료로 구성된다.

Description

에너지 저장 모듈 및 전기 장치{Energy storage module and electric device}
본 발명은 제 1 항의 전제부에 따라, 전기 장치, 특히 전기 공작 기계에 전류를 공급하기 위한 에너지 저장 모듈에 관한 것이다.
예컨대 핸드 드릴 또는 어큐뮬레이터-나사 드라이버와 같은 현대의 공작 기계는 종종 어큐뮬레이터 팩을 통해 전류를 공급 받으며, 상기 어큐뮬레이터 팩은다수의 셀로 구성되고 상기 셀은 전기적으로 서로 연결되며 예컨대 플라스틱 케이스를 통해서 결합된다.
상기와 같은 어큐뮬레이터 팩이 작동할 경우, 충전 및 방전일 때 셀 내의 열손실은 매우 큰데, 이는 셀 온도를 높임으로써 셀을 일찍 노후화시킨다.
또한 상기와 같은 어큐뮬레이터 팩은 방전 과정 후, 발생된 열손실에 의해 대부분 매우 높은 온도를 가지므로, 즉시 충전이 시작될 수 있는 것은 아니다. 오히려 충전을 위해 제공된 충전 장치는 어큐뮬레이터 팩의 온도가 다시 하강할 때까지 기다려야하므로, 충전 과정은 지연된다.
더욱이 상기와 같은 어큐뮬레이터 팩의 개별 셀들은 작동시 매우 큰 온도차를 갖는데, 이는 외부에 배치된 셀의 열손실은 상대적으로 양호하게 배출되는 반면, 어큐뮬레이터의 중앙에서는 대부분 열축적이 형성되기 때문이다.
또한 Makita 회사로부터는, 냉각 공기 흐름이 어큐뮬레이터 팩을 통과해 송풍됨으로써 충전 과정중 냉각되는 어큐뮬레이터 팩이 판매된다. 이 경우 한편으로 방전중에 냉각이 이뤄지지 않으며, 다른 한편으로는 상기의 어큐뮬레이터 팩의 내부가 냉각 공기 흐름에 의해 오염될 수 있는 것이 단점이다.
본 발명은 적어도 하나의 셀을 구비한 에너지 저장 모듈에, 열전도성 재료로 구성된 셀 캐리어가 제공되는 일반적인 기술적 학설을 포함한다.
한편으로 상기 셀 캐리어는 그 양호한 열 전도성에 의해, 에너지 저장 모듈 내에 발생된 열손실을 배출할 수 있으므로, 에너지 저장 모듈의 외부면에서의 상기의 열손실은 배출될 수 있다.
다른 한편으로 상기 셀 캐리어는, 셀이 예컨대 셀 캐리어 내에 웨지 고정되거나 셀 캐리어와 접착됨으로써, 셀을 기계적으로 고정한다. 셀 캐리어가 셀과 접착되는 경우, 주로 열전도성 접착제가 사용되는데, 이로써 셀로부터 셀 캐리어로 열이 양호하게 전달된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 셀 캐리어는 높은 열용량을 가지므로, 셀로부터 셀 캐리어로 전환된 열손실은 단지 미미한 온도 상승만을 가져온다. 이는 셀로부터 셀 캐리어로의, 큰 온도차에 의한 열관류가 요구되기 때문에 바람직하다.
바람직하게 상기 셀 캐리어는 열전도성 및/또는 비 열용량이, 공기, 플라스틱, 종이 및/또는 셀 재료의 열전도성 및/또는 비 열용량보다 더 큰 재료로 구성된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 에너지 저장 모듈은 전기 에너지를 저장하기 위한 다수의 셀을 포함하며, 셀 캐리어의 열전도성 및/또는 열용량은 매우 크므로, 충전 작동시 및/또는 방전 작동시 개별 셀들 사이의 온도차는 주변에 대한 셀들의 온도차보다 더 작다.
바람직하게 상기 셀 캐리어의 열전도성 및/또는 열용량은 매우 크므로, 충전 작동시 및/또는 방전 작동시 개별 셀들 사이의 온도차는 5, 10, 15, 20, 30, 40 또는 50 켈빈보다 작다.
바람직하게 본 발명에 따른 에너지 저장 모듈의 셀 캐리어는, 셀 캐리어가 모든 셀들로부터 열손실을 배출할 수 있음으로써 전체적 셀들과 접촉한다. 셀 캐리어와 개별 셀들 사이의 연결은 바람직하게는, 가능한 한 적은 열관류 저항에 도달하기 위해서 평면이다.
본 발명의 변형예에서 셀 캐리어는 다수의 부분들로 구성되며, 이는 특히 다수의 셀을 구비한 큰 어큐뮬레이터 팩의 경우에 유리하다. 셀 캐리어의 개별 부분은 각각 적어도 하나의 열전도면을 포함하며, 상기 면에는 셀 캐리어의 부분들이 면으로 서로 연결된다. 셀 캐리어의 개별 부분들 사이의 상기의 면 연결은 바람직하게는 양호한 열관류를 가능하게 한다.
또한 열배출을 개선하기 위해서, 본 발명의 바람직한 실시예에는 적어도 하나의 냉각 바디가 제공되며 상기 냉각 바디는 열을 수동적으로 송출하거나 또는 팬에 의해 능동적으로 송풍된다.
바람직하게 냉각 바디는 하우징 개구 내에 배열되거나 또는 상기 개구를 통해 에너지 저장 모듈로부터 외부쪽으로 돌출한다. 상기의 방식으로 바람직하게는 에너지 저장 모듈의 내부로부터 직접적인 열 브릿지가 외부쪽으로 제조되므로, 에너지 저장 모듈의 내부에 발생된 열손실은 효과적으로 외부쪽으로 배출된다. 따라서 냉각 바디는 에너지 저장 모듈의 온도 임계적 내부를 우선적으로 냉각시키기 위해, 에너지 저장 모듈의 내부에서 셀 캐리어와 연결되거나 또는 셀과 직접 연결될 수 있다.
또한 하우징 개구에는 바람직하게 전기 접속 컨택이 배열되며, 에너지 저장 모듈은 상기 전기 접속 컨택을 통해서 전기 장치 또는 충전 장치와 연결될 수 있다. 하우징 개구 내의 접속 컨택과 냉각 바디의 공통의 구성은 전기 장치 및 충전장치 내에서의 단순한 전기 및 열 접촉의 장점을 갖는다.
또한 상기 에너지 저장 모듈은 바람직하게는 기계적 가이드를 포함하며, 에너지 저장 모듈은 상기 가이드를 통해 전기 장치 또는 충전 장치 내에 기계적으로 고정될 수 있다. 상기 가이드는 예컨대 가이드 스트립으로 구성될 수 있는데, 상기 스트립은 하우징 개구의 양측으로 배열되므로 에너지 저장 모듈은 전기 장치 또는 충전 장치의 수용부 내에 삽입될 수 있다.
본 발명의 범위 내에서 사용되는 에너지 저장 모듈의 용어는 어큐뮬레이터 팩에만 국한되지 않는다. 오히려 본 발명은 예컨대 재충전될 수 없는 배터리 팩으로써도 구현될 수 있고 또한 작동시 열손실을 일으키는 다른 타입의 에너지 저장기로써 구현될 수 있다.
또한 본 발명은 본 발명에 따른 에너지 저장 모듈을 구비한 전기 장치를 포함하며, 상기 전기 장치는 예컨대 어큐뮬레이터를 작동시키는 공작 기계이거나 또는 충전 장치일 수 있다.
본 발명에 따른 에너지 저장 모듈은 팬을 통해서 냉각될 수 있다.
또 다른 장점은 하기의 도면 설명에 제시된다. 도면에는 본 발명의 실시예가 도시된다. 도면, 상세한 설명 및 청구항은 많은 특징들을 결합 형태로 포함한다. 당업자는 상기 특징들을 개별적으로 파악하여 의미있는 또 다른 결합 형태로 통합할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른, 공작 기계용 어큐뮬레이터 팩을 도시한 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10: 어큐뮬레이터 셀 12: 셀 캐리어
12.1, 12.2: 셀 캐리어의 부분 14: 냉각 바디
16: 하우징 18: 플레이트
20: 발광 다이오드 22: 스위치
24: 접속 컨택 26: 가이드 레일
28: 스냅훅
도 1의 부분 사시도는 예컨대 핸드 드릴 또는 어큐뮬레이터 드라이버와 같은공작 기계용 어큐뮬레이터 팩을 도시한다.
전기 에너지를 저장하기 위해 어큐뮬레이터 팩은 전체적으로 30개의 어큐뮬레이터 셀(10)을 포함하며, 상기 셀은 실제로 실린더형이다. 어큐뮬레이터 팩에는 각각 3 개의 셀이 겹쳐져 있으며, 5 개의 셀은 서로 나란히 배열되고 2 개의 셀은 앞뒤로 배열되므로, 어큐뮬레이터 팩의 형태는 컴팩트해진다.
개별 어큐뮬레이터 팩(10)은 기계적 고정을 위해 허니콤 또는 격자형 셀 캐리어(12) 내에 배열되며 접착제를 통해서 셀 캐리어(12) 내에 접착된다.
어큐뮬레이터 팩(10)의 기계적 고정 외에도, 셀 캐리어(12)는 본 발명의 범위 내에서 어큐뮬레이터 팩(10)의 냉각을 위해서도 사용된다.
따라서 개별 어큐뮬레이터 팩(10)과 셀 캐리어(12)는 열전도성 접착제를 통해서 접착되며, 어큐뮬레이터 셀(10)과 셀 캐리어(12) 사이의 열관류 저항은 가능한 한 작아진다.
또한 셀 캐리어(12)는 알루미늄으로 구성되며, 이는 재료로서 큰 열전도성을 가지며 또한 큰 비 열용량을 갖는다.
셀 캐리어(12)의 양호한 열전도성은, 내부에 위치한 어큐뮬레이터 팩(10)으로부터 발생된 열손실이 외부쪽으로 양호하게 배출되어서 내부에 있는 어큐뮬레이터 팩의 과열이 방지되는 장점을 갖는다.
셀 캐리어(12)의 큰 열용량은, 셀 캐리어(12)가 과열되지 않고서도 어큐뮬레이터 팩(10)으로부터 상대적으로 많은 열손실을 수용할 수 있기 때문에 부가적인 장점을 갖는다. 그 결과 셀 캐리어(12)에 의한 열흡수는 어큐뮬레이터 팩(10)의온도를 하강시킨다.
셀 캐리어(12)의 상부면에는 많은 냉각 바디(14)가 형성되고, 상기 냉각 바디는 마찬가지로 알루미늄으로 구성되며, 어큐뮬레이터 셀(10)로부터 흡수된 열손실을 대기중으로 효과적으로 송출하기 위해서 큰 표면을 갖는다. 전기 장치 내에서 어큐뮬레이터 팩이 방전될 경우 및, 충전 장치에서 충전될 경우, 냉각 바디(14)에는 팬을 통해서 대기가 유입될 수 있는데 이는 대류에 의한 열배출을 개선하기 위함이다.
상기 셀 캐리어(12)는 어큐뮬레이터 셀(10)의 종방향으로 앞뒤로 배열된 2 개의 부분(12.1, 12.2)으로 구성되며, 셀 캐리어(12)의 각각의 부분(12.1 또는 12.2)은 어큐뮬레이터 셀(10)을 수용한다. 셀 캐리어(12)의 양 부분(12.1, 12.2)의 정면은 평평한 정면이며, 상기 정면은 조립된 상태시 평면으로 서로 접하고 나사에 의해 서로 연결되므로, 셀 캐리어(12)의 양 부분(12.1, 12.2) 사이는 양호하게 열관류된다.
또한 어큐뮬레이터 팩에는 플라스틱으로 이루어진 하우징(16)이 제공되며, 상기 하우징(16)의 표면에는 하우징 개구가 배열되고, 냉각 바디(14)는 상기 하우징 개구를 통해 외부쪽으로 돌출한다. 이는 상기 냉각 바디(14)가 어큐뮬레이터 팩의 외부면에서 접근되어서 양호하게 냉각될 수 있는 장점을 갖는다.
또한 어큐뮬레이터 팩은, 셀 캐리어(12)의 표면에서 하우징(16)의 내부로 고정되며 발광 다이오드(20), 스위치(22) 및 전기 접속 컨택(24)을 지지하는 플레이트(18)를 포함한다. 발광 다이오드(20), 스위치(22) 및 전기 접속 컨택(24)은 하우징 개구 내부에 배열되므로 마찬가지로 외부로부터 접근될 수 있다.
또한 하우징(16)의 외부면에서 하우징 개구의 양측으로 2 개의 가이드 레일(26)이 배열되며, 상기 가이드 레일에 의해서 어큐뮬레이터 팩은 전기 장치 또는 충전 장치의 수용부 내에 삽입될 수 있고, 어큐뮬레이터 팩의 가이드 레일(26)은 수용부 내에서 상응되게 조정된 가이드 레일 내에 맞물린다. 삽입된 상태시 어큐뮬레이터 팩은 스냅훅(28)을 통해서 전기 장치 또는 충전 장치의 수용부 내에 고정된다.
셀 캐리어는 그 양호한 열 전도성에 의해, 에너지 저장 모듈 내에 발생된 열손실을 배출할 수 있으므로, 에너지 저장 모듈의 외부면에서의 상기의 열손실은 배출될 수 있다. 또한 셀 캐리어는 높은 열용량을 가지므로, 셀로부터 셀 캐리어로 전환된 열손실은 단지 미미한 온도 상승만을 가져온다. 이는 셀로부터 셀 캐리어로의, 큰 온도차에 의한 열관류가 요구되기 때문에 바람직하다.

Claims (11)

  1. 전기 장치, 특히 전기 공작 기계에 전류를 공급하기 위한 에너지 저장 모듈로서, 전기 에너지를 저장하기 위한 적어도 하나의 셀(10)과 상기 셀(10)을 지지하기 위한 적어도 하나의 셀 캐리어(12)를 구비하고, 상기 셀 캐리어(12)는 셀(10)과 접촉하는 에너지 저장 모듈에 있어서,
    셀 캐리어(12)는 적어도 부분적으로 열전도성 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서, 셀 캐리어(12)의 재료는 공기, 플라스틱, 종이 및/또는 셀(10)의 재료보다 더 큰 열전도성 및/또는 비 열용량을 갖는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 모듈.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 다수의 셀(10)이 전기 에너지를 저장하기 위해서 제공되며, 셀 캐리어(12)의 열전도성 및/또는 열용량은 매우 크므로, 충전 작동 및/또는 방전 작동시 개별 셀(10)들 사이의 온도차는 주변에 대한 셀(10)의 온도차보다 실제로 더 작은 것을 특징으로 하는 에너지 저장 모듈.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 셀 캐리어(12)의 열전도성 및/또는 열용량은 매우 크므로, 충전 작동 및/또는 방전 작동시 개별 셀(10)들 사이의 온도차는 5, 10,15, 20, 30, 40 또는 50 켈빈보다 작은 것을 특징으로 하는 에너지 저장 모듈.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 상기 셀 캐리어(12)는 각각 적어도 하나의 열전도면을 갖는 다수의 부분(12.1, 12.2)으로 구성되며, 셀 캐리어(12)의 부분(12.1, 12.2)은 열전도면에 서로 면으로 연결되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 모듈.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 상기 셀 캐리어(12)에는 적어도 하나의 냉각 바디(14)가 조립되거나 또는 연장 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 모듈.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 하우징(16)은 하우징 개구를 구비하며, 냉각 바디(14) 및/또는 전기 접속 컨택(24)은 하우징 개구 내에 배열되거나 또는 하우징 개구를 통해서 외부쪽으로 돌출되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 모듈.
  8. 제 7 항에 있어서, 기계적 가이드(26)가 하우징 개구의 양측으로 배열되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 모듈.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 상기 셀(10)은 열전도성 접착제를 통해서 셀 캐리어(12)와 접착되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장모듈.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 적어도 어느 한 항에 따른 에너지 저장 모듈을 구비한 전기 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 냉각 바디(14)를 송풍시키기 위해 팬이 제공되는 것을 특징으로 하는 전기 장치.
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