KR200495215Y1 - 배터리용 방열 구조 - Google Patents

Abstract

본 고안은 배터리용 방열 구조에 관한 것으로, 배터리용 단자 어셈블리는 배터리와 외부 전자 기기를 연결하기 위한 것으로, 그 구조는 제1 케이스; 제1 케이스와 결합되어 배터리의 외관을 형성하는 제2 케이스; 결합된 제1, 2 케이스의 내면에 장착되는 방열판; 및 방열판의 상측에 배치되며 배터리의 충방전을 제어하기 위한 복수의 소자들이 형성된 회로 기판;을 포함하고, 제1, 2 케이스의 결합 부분에 가이드 레일이 형성되며, 방열판의 하측면에는 슬라이딩 홈이 형성되어, 방열판은 슬라이딩 홈이 제1, 2 케이스의 가이드 레일에 끼워져 슬라이딩 방식으로 장착된다.

Description

배터리용 방열 구조{HEAT DISSIPATION ASSEMBLY FOR BATTERY}

본 고안은 배터리용 방열 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리의 케이스와 방열판의 결합 구조에 관한 것이다.

일반적으로 차량은 시동시에는 배터리 전압을 이용하게 되고 자동차의 실내 램프 등이나 계기류, 에어컨장치와 같은 전기장치에 전원을 공급하기 위해 배터리와 발전기가 장착되어 있다.

차량의 배터리는 시동을 걸 때 스타터 모터를 회전시켜 엔진을 구동하게 되면 엔진에 팬 벨트로 접속되어 있는 교류발전기가 발전하여 배터리를 충전시키도록 되어 있으나, 충전하여 사용할 수 있는 용량에는 한계가 있어 사용자의 부주의로 인해 배터리가 방전되어 차량 시동을 걸 수 없거나 또는 지속적인 충전 및 방전에 의해 배터리의 용량과 수명이 단축되어 배터리로서의 기능을 발휘할 수 없는 경우도 발생하게 된다.

그에 따라, 차량에서 필요로 하는 전기에너지를 충분히 공급할 수 있도록 메인 배터리와 별도로 보조 배터리를 장착하여 사용하는 경우가 최근 들어 증가하고 있으며, 특히 내비게이션(Navigation)이나 블랙박스(Black box)와 같이 차량에 별도로 장착된 전자 기기에 보조 배터리를 통해 전원을 공급하여 차량이 이동중이거나 정지 간에도 전자 기기가 정상적으로 동작되도록 한다.

일반적으로, 보조 배터리는 차량의 메인 배터리와 직접 연결되거나 또는 릴레이를 통해 연결되어, 메인 배터리로부터 출력되는 직류전압을 공급받아 충전하게 된다.

위와 같은 종래 기술에 있어서, 보조 배터리가 메인 배터리에 직접 연결되는 경우, 메인 배터리의 전압상태를 고려하지 않고 시동이 꺼진 상태에서도 보조 배터리가 지속적으로 충전되어, 메인 배터리가 방전될 우려가 있다.

한편, 보조 배터리가 릴레이를 통해 메인 배터리에 연결되어 시동이 켜진 상태에서만 보조 배터리로의 충전이 이루어지는 경우에는, 보조 배터리의 충전효율에 따라 보조 배터리가 충분히 충전되지 않아, 주차시 시동이 꺼진 상태에서 블랙박스 등의 전자 기기가 장시간 동작하지 못하는 문제가 발생할 수 있다.

따라서 일반적으로 사용되는 전원 공급 장치뿐 아니라, 블랙박스 등에 전원을 공급하기 위한 차량용 보조 배터리의 경우, 충전 속도를 증가시켜 충전에 소요되는 시간을 단축시키면서, 안정적으로 구동할 수 있는 방열 구조를 가지는 것이 필요하다.

특허문헌 1: 등록특허공보 제10-1097268호(2011.12.15 등록)

본 고안의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 충전 시간의 단축과 함께 안정적인 구동을 보장할 수 있는 배터리용 방열 구조를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안의 특징에 따르면, 본 고안의 일실시예에 따른 배터리용 방열 구조는, 제1 케이스; 상기 제1 케이스와 결합되어 배터리의 외관을 형성하는 제2 케이스; 상기 결합된 제1, 2 케이스의 내면에 장착되는 방열판; 및 상기 방열판의 상측에 배치되며, 배터리의 충방전을 제어하기 위한 복수의 소자들이 형성된 회로 기판;을 포함하고, 상기 제1, 2 케이스의 결합 부분에 가이드 레일이 형성되며, 상기 방열판의 하측면에는 슬라이딩 홈이 형성되어, 상기 방열판은 상기 슬라이딩 홈이 상기 제1, 2 케이스의 가이드 레일에 끼워져 슬라이딩 방식으로 장착된다.

한편, 상기 가이드 레일은 상기 제1, 2 케이스 중 적어도 하나의 내면에 형성된 가이드 홈을 포함하며, 상기 슬라이딩 홈에는 상기 가이드 홈에 삽입되는 슬라이딩 돌기가 형성된다.

본 고안의 실시예에 따르면, 배터리의 케이스를 서로 결합되는 동일한 형상의 제1, 2 케이스로 분리 제작하고, 제1, 2 케이스의 결합 부분에 가이드 레일을 형성시켜 방열판에 형성된 슬라이딩 홈이 가이드 레일에 끼워져 슬라이딩 방식으로 장착되도록 함으로써, 배터리 케이스의 제작 및 결합 공정을 용이하게 할 수 있으며, 그와 함께 방열판 및 케이스를 통한 배터리의 방열 효과를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 고안에 따른 배터리용 방열 구조의 전체적인 구성에 대한 일실시예를 나타내는 사시도이다.
도 2는 배터리 케이스의 구성에 대한 일실시예를 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 제1 케이스와 제2 케이스가 결합된 상태를 나타내는 도면이다.
도 4 및 도 5는 제1, 2 케이스의 결합 부분에 형성되는 가이드 레일의 구성에 대한 일실시예를 나타내는 도면들이다.
도 6은 방열판의 구성에 대한 일실시예를 설명하기 위한 사시도이다.
도 7은 배터리 케이스에 방열판이 장착된 상태를 나타내는 도면이다.
도 8은 방열판에 한 쌍의 히트 씽크와 회로 기판이 고정되는 구성에 대한 일실시예를 설명하기 위한 사시도이다.

이하의 내용은 단지 본 고안의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 본 고안의 원리를 구현하고 본 고안의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 고안할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시예들은 원칙적으로, 본 고안의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 본 고안의 원리, 관점 및 실시예들 뿐 아니라 특정 실시예를 열거하는 모든 상세한 설명은 이러한 사항의 구조적 및 기능적 균등물을 포함하도록 의도되는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 이러한 균등물들은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 고안된 모든 소자를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이며, 그에 따라 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 고안의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 고안을 설명함에 있어서 본 고안과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 고안의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

이하, 본 고안을 구체적인 내용이 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안에 따른 배터리용 방열 구조의 전체적인 구성에 대한 일실시예를 사시도로 도시한 것으로, 배터리용 방열 구조는 배터리 케이스(100), 방열판(200), 히트씽크(heat sink, 300) 및 회로 기판(400)을 포함하여 구성될 수 있다.

도 1을 참조하면, 케이스(100)는 충전지(미도시)가 내장되는 내부 공간을 가져 배터리의 외관을 형성한다.

케이스(100)는 방열 효과를 높이기 위해 알루미늄 등과 같은 열전도율이 높은 금속 소재로 구성될 수 있으며, 표면적을 증가시키기 위해 복수의 홈들이 수직 방향으로 형성되어 있을 수 있다.

한편, 케이스(100) 내부 공간에는, 충전지(미도시) 이외에, 도 1에 도시된 바와 같이 방열판(200), 히트씽크(300) 및 회로 기판(400) 등이 배치될 수 있다.

충전지는 이미 방출된 전류를 다시 외부로부터 유입시켜 전압이 회복되는 전지로서, 외부로부터 유입되는 전류에 의해 충전된 전압을 다른 전자 기기에 공급하는 장치이다.

충전지의 종류로는 니켈 카드뮴(Ni-Cd), 알카라인 전지, 니켈 수소(Ni-Mh), 밀폐형 납산(SLA), 리튬 이온(Li-ion), 리튬 폴리머(Li-polymer) 등과 같이 전기 화학 반응의 가역적 특성을 이용하는 전지일 수 있으며, 본 고안의 일실시예에 따르면 리튬인산철배터리(LiFePO4)일 수 있다. 리튬인산철배터리(LiFePO4)는 충전 효율 및 속도가 빠르며, 폭발의 위험이 적은 장점이 있다.

한편, 회로 기판(400)에는 상기 충전지의 충방전을 제어하기 위한 소자가 형성되어 있으며, 예를 들어 콘덴서(condenser), 인덕터(inductor), DC/DC 컨버터(converter) 및 에프이티(FET, Field Effective Transister) 등과 같은 복수의 소자들이 배치될 수 있다.

상기 콘덴서는 동작 온도 -55도 내지 105도에서 5000시간 이상 사용 가능하고, 330㎌ 전류의 제어가 가능하며, 칩 마운터 방식을 이용해 최대 역률 개선을 위하여 세라믹 컨덴서를 2중으로 배치한 특징을 가지고 있다.

또한, 상기 인덕터는 100Ah 고전류의 처리가 가능하며, -40도 내지 125도의 온도에서 사용 가능하고, 순간 온도 260도에서도 40도 이상 성능 유지가 가능한 특징으로 가지고 있다.

상기 DC/DC 컨버터는 충전지의 출력을 전자 기기에 맞는 전압으로 변환하여 출력하기 위한 것으로서, 승압(Step-up) 및 강압(Step-down)이 동시에 가능한 동기식 4 스위치 벅-부스트(Buck-boost) DC/DC 컨트롤러를 사용하여 구현될 수 있다.

예를 들어, 상기 동기식 4 스위치 벅-부스트 DC/DC 컨트롤러는 3.5V 내지 42V(최대 60V)의 입력 전압 범위에서 작동하여 다양한 전자 기기들의 전압을 지원하며, 전압 차단, 과전압 보호, EMI 감소등의 다양한 기능을 지원할 수 있다.

한편, 상기 에프이티(FET)는 쇼트 키 플러스 기술을 적용하여 30V, 300A의 전류를 제어할 수 있도록 한 것으로, 최저한의 전자파를 발생시킴과 동시에, 150도에서도 정상 동작할 수 있는 온도 특성을 가진 것일 수 있다.

본 고안의 일실시예에 따르면, 케이스(100)는 제1 케이스(110)와 제2 케이스(120)를 포함하며, 제1 케이스(110)와 제2 케이스(120)가 서로 결합되어 배터리의 외관을 형성할 수 있다.

서로 결합된 제1, 2 케이스들(110, 120)의 내면에는 방열판(200)이 장착되어, 회로 기판(400)로부터 발생하는 열이 방열판(200)을 거쳐, 그와 접촉된 알루미늄 재질의 제1, 2 케이스들(110, 120)을 통해 용이하게 외부로 방출될 수 있다.

한편, 방열판(200)의 상측면에는 히트씽크(300)가 고정되고, 회로 기판(400)이 히트씽크(300)에 의해 방열판(200)의 상측에 고정되어, 히트씽크(300)에 의해 방열 효과가 보다 향상될 수 있다.

본 고안의 일실시예에 따르면, 배터리 케이스(100)를 서로 결합되는 동일한 형상의 제1, 2 케이스들(110, 120)로 분리 제작하고, 제1, 2 케이스들(110, 120)의 결합 부분에 가이드 레일을 형성시켜 방열판(200)에 형성된 슬라이딩 홈이 가이드 레일에 끼워져 슬라이딩 방식으로 장착되도록 함으로써, 배터리 케이스의 제작 및 결합 공정을 용이하게 할 수 있으며, 그와 함께 방열판 및 케이스를 통한 배터리의 방열 효과를 향상시킬 수 있다.

한편, 본 고안에 따른 방열 구조가 적용되는 배터리는 차량용 보조 배터리로 사용될 수 있으며, 대용량 배터리로서 차량 내 보조 배터리로 사용될 뿐 아니라 차량 외부에서 다양한 전자 기기들에 전원을 공급하기 위해 사용될 수 있다.

예를 들어, 본 고안의 일실시예에 따른 대용량 배터리는, 총 용량이 640W(12.8V, 50,000mAh), 1280W(12.8V, 100,000mAh), 1920W(12.8V, 150,000mAh), 2560W(12.8V, 200,000mAh) 등 높은 용량의 전원을 공급할 수 있으나, 본 고안은 이에 한정되지 아니한다.

이하, 도 2 내지 도 8을 참조하여, 본 고안에 따른 배터리용 방열 구조에 대한 실시예들을 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 배터리 케이스의 구성에 대한 일실시예를 설명하기 위해 도시한 것으로, 도 1에 도시된 제1 케이스(110)의 구성을 나타낸 것이다.

도 2를 참조하면, 제1 케이스(110)는 배터리 케이스(100)를 좌우로 분할한 형상을 가질 수 있다.

한편, 제1 케이스(110)의 끝단 부분에는, 제2 케이스(120)와 결합되는 방향으로 돌출된 결합 레일(111)과, 결합 레일(111)이 돌출된 방향과 반대 방향으로 인입된 결합 홈(112)이 형성될 수 있다.

본 고안의 일실시예에 따르면, 제1, 2 케이스들(110, 120)은 알루미늄을 포함하는 열전도율이 높은 복수의 소재들 중 어느 하나로 구성되며, 서로 동일한 형상을 가질 수 있다.

그에 따라, 제1, 2 케이스들(110, 120)을 각각 별도로 제작하지 않고, 동일한 제작 설비를 이용해 제작할 수 있어, 제작 공정 및 설비를 단순화할 수 있다.

도 3을 참조하면, 상기한 바와 같이 동일한 형상으로 제작된 제1, 2 케이스들(110, 120)은 서로 상하 위치만 다르도록 배치하여 결합시킬 수 있다.

예를 들어, 제1 케이스(110)는 결합 레일(111)이 하측에 위치하도록 하고, 제2 케이스(120)는 결합 레일(121)이 상측에 위치하도록 한 후, 각각의 결합 레일 끝단을 상대편의 결합 홈 끝단에 삽입한 후 슬라이딩시켜 제1, 2 케이스들(110, 120)을 결합할 수 있다.

그에 따라, 케이스(100)의 하측 결합 부분(A)과 상측 결합 부분(B)에는, 각각 제1, 2 케이스들(110, 120)의 결합 레일이 결합 홈에 슬라이딩 방식으로 삽입되어 서로 결합된 구조를 가질 수 있다.

한편, 도 4 및 도 5를 참조하면, 제1, 2 케이스(110, 120)의 결합 부분에, 슬라이딩 방식으로 방열판(200)이 장착되기 위한 가이드 레일(150)이 형성될 수 있다.

가이드 레일(150)은 서로 결합된 제1, 2 케이스(110, 120) 내면으로부터 돌출되며 길이 방향으로 연장된 형상을 가지며, 제1 케이스(110)의 끝단 부분(115)과 제2 케이스(120)의 끝단 부분(125)이 결합된 형태로 구성될 수 있다.

여기서, 제1, 2 케이스(110, 120) 중 어느 하나의 내면에는 가이드 홈(155)이 형성될 수 있다.

예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 케이스(110)의 끝단 부분(115)에 길이 방향으로 연장된 가이드 홈(155)이 형성되어, 방열판(200)에 형성된 슬라이딩 돌기(미도시)가 가이드 홈(155)에 삽입되도록 할 수 있다.

도 6은 방열판의 구성에 대한 일실시예를 설명하기 위해 도시한 것으로, 방열판(200)의 하측면 구성을 나타낸 것이다.

도 6을 참조하면, 방열판(200)의 하측면에는 내부로 인입되어 길이 방향으로 연장된 슬라이딩 홈(250)이 형성되어, 방열판(200)은 슬라이딩 홈(250)이 제1, 2 케이스(110, 120)의 가이드 레일(150)에 끼워져 슬라이딩 방식으로 장착되도록 할 수 있다.

한편, 방열판(200)의 하측면에 형서된 슬라이딩 홈(250)에는, 제1, 2 케이스(110, 120)의 가이드 레일(150)에 형성된 가이드 홈(155)에 삽입되는 슬라이딩 돌기(255)가 적어도 일부분에 형성될 수 있다.

예를 들어, 제1, 2 케이스(110, 120)가 결합된 상태에서, 방열판(200)의 슬라이딩 돌기(255)를 가이드 레일(150)의 가이드 홈(155) 부분에 삽입한 후, 가이드 레일(150)을 따라 방열판(200)을 슬라이딩시켜, 제1, 2 케이스(110, 120)의 내면에 방열판(200)을 장착할 수 있다.

도 7을 참조하면, 제1, 2 케이스(110, 120)의 결합 부분에 슬라이딩 돌기(255)를 이용한 슬라이딩 방식으로 방열판(200)을 장착시킴으로서, 제1, 2 케이스(110, 120)가 보다 안정적으로 결합되며, 방열판(200) 또한 제1, 2 케이스(110, 120)에 접촉된 상태로 안정적으로 결합될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 한 쌍의 히트 싱크들(heat sinks)이 방열판(200)의 상면에 고정되어 회로 기판(400)의 양측을 지지하도록 구성하여, 회로 기판(400)에서 발생하는 열이 보다 효율적으로 외부 방출되도록 할 수 있다.

도 8은 방열판에 한 쌍의 히트 씽크와 회로 기판이 고정되는 구성에 대한 일실시예를 설명하기 위해 도시한 것으로, 도시된 구성 중 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명한 것과 동일한 것에 대한 설명은 생략하기로 한다.

도 8을 참조하면, 방열판(200)의 양측에 각각 제1 히트씽크(310)와 제2 히트씽크(320)가 일정 간격으로 두고 배치되며, 나사 등의 체결부재를 이용해 방열판(200)의 상측면에 고정될 수 있다.

한편, 제1, 2 히트싱크들(310, 320)에는 각각, 회로 기판(400)의 끝단이 삽입 고정되는 제1, 2 고정 홈들(315, 325)이 형성될 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 제1, 2 히트싱크들(310, 320)에 일정 높이로 형성된 제1, 2 고정 홈들(315, 325)에 회로 기판(400)이 삽입 고정되어, 회로 기판(400)은 방열판(200)으로부터 일정 간격 이격되어 상측에 배치될 수 있다.

그에 따라, 회로 기판(400)에서 발생하는 열이, 양측의 히트싱크들(310, 320), 방열판(200), 제1, 2 케이스(110, 120)을 통해 효과적으로 외부 방출될 수 있다.

본 고안은 도면과 명세서에 최적의 실시예들이 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 고안을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 청구범위에 기재된 본 고안의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 고안은 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 고안의 진정한 기술적 권리범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

100 : 배터리 케이스 110 : 제1 케이스
111 : 결합 레일 112 : 결합 홈
120 : 제2 케이스 150 : 가이드 레일
155 : 가이드 홈 200 : 방열판
250 : 슬라이딩 홈 255 : 슬라이딩 돌기
300 : 히트싱크 310 : 제1 히트싱크
315 : 제1 고정 홈 320 : 제2 히트싱크
325 : 제2 고정 홈 400 : 회로 기판

Claims (7)

1. 배터리에 구비되는 방열 구조에 있어서,
   제1 케이스;
   상기 제1 케이스와 결합되어 배터리의 외관을 형성하는 제2 케이스;
   상기 결합된 제1, 2 케이스의 내면에 장착되는 방열판; 및
   상기 방열판의 상측에 배치되고, 배터리의 충방전을 제어하기 위한 복수의 소자들이 형성된 회로 기판;을 포함하고,
   상기 제1, 2 케이스의 결합 부분에 가이드 레일이 형성되고, 상기 방열판의 하측면에는 슬라이딩 홈이 형성되어, 상기 방열판은 상기 슬라이딩 홈이 상기 제1, 2 케이스의 가이드 레일에 끼워져 슬라이딩 방식으로 장착되는 것을 특징으로 하는 배터리용 방열 구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 가이드 레일은
   상기 제1, 2 케이스 중 적어도 하나의 내면에 형성된 가이드 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리용 방열 구조.
3. 제2항에 있어서, 상기 슬라이딩 홈에는
   상기 가이드 홈에 삽입되는 슬라이딩 돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리용 방열 구조.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1, 2 케이스들 중 어느 하나에는 결합 방향으로 돌출된 결합 레일이 형성되며,
   상기 제1, 2 케이스들 중 다른 하나에는 상기 결합 레일의 돌출 형상과 대응되도록 인입된 결합 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리용 방열 구조.
5. 제1항에 있어서, 상기 제1, 2 케이스들은
   알루미늄을 포함하는 열전도율이 높은 복수의 소재들 중 어느 하나로 구성되며, 서로 동일한 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 배터리용 방열 구조.
6. 제1항에 있어서,
   상기 방열판의 상면에 고정되어, 상기 회로 기판의 양측을 지지하는 한 쌍의 히트 싱크들(heat sinks)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리용 방열 구조.
7. 제6항에 있어서, 상기 히트 싱크에는
   상기 방열판으로부터 일정 간격 이격되어 상측에 배치되도록 상기 회로 기판의 일측을 지지하는 고정 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리용 방열 구조.

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