KR20200065295A - 배터리 모듈의 다중 적층 구조에 냉각 도구를 구비하는 배터리 팩 - Google Patents

배터리 모듈의 다중 적층 구조에 냉각 도구를 구비하는 배터리 팩 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 배터리 팩은, 직사각 박스(box)로 이루어져 마주하는 일편 측벽 및 타편 측벽에 공기 순환 유닛을 구비하는 배터리 수용 하우징과, 배터리 수용 하우징의 내부에서 일편 측벽으로부터 타편 측벽을 향해 적어도 두 개의 배터리 모듈을 하나의 단위로 하여 반복적으로 배열시킨 배터리 적층 구조물과, 공기 순환 유닛과 개별 배터리 모듈에 전기적으로 접속되어 공기 순환 유닛과 개별 배터리 모듈을 제어하는 배터리 관리 유닛을 포함한다.

Description

배터리 모듈의 다중 적층 구조에 냉각 도구를 구비하는 배터리 팩{BATTERY PACK EQUIPPED WITH COOLING TOOL IN MULTI-TANDEM BATTERY MODULE}
본 발명은, 경전철의 무선 급전 장치에서 교류 전원을 공급받아 급전 장치로부터 자기장 그리고 집전 장치 및 DC-DC 컨버터 장치로부터 직류 전원의 전기 에너지를 순차적으로 생성하여 전기 에너지를 저장하도록, 배터리 모듈의 다중 적층 구조에 냉각 도구를 구비하는 배터리 팩에 관한 것이다.
일반적으로, 기존 철도 시스템은, 철도 차량의 운행을 통해, 화물과 여객의 대량 수송을 가능하게 하며, 버스와 해운 등의 타 운송 시스템에 비해 작은 연료 소모로 운행되며, 현저히 작은 이산화탄소 발생량으로 인해 친환경적이고, 높은 에너지 효율을 가지므로 미래 교통 시스템으로써 많은 관심을 받아왔다.
하지만, 상기 기존 철도 시스템은, 지상에 상부 가선을 설치하여 철도 차량을 운행시키기 때문에, 상부 가선을 위한 설치 장소와 최단운행거리 확보를 위한 터널 공간 구축으로 인한 높은 비용, 그리고 고전압/고전류의 가선 노출로 인한 가선 차폐 문제와 가선 주변의 주민 안전문제, 그리고 가선과 집전장치의 마모에 따른 관리/유지/보수의 비용 발생을 추가로 요구한다.
최근에, 상기 기존 철도 시스템에서 철도 차량 관련한 운행 장점 그리고 상부 가선 관련한 설치와 유지 단점을 수렴하여, 상기 철도 차량에 무선 급/집전 시스템 기술을 적용하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 상기 무선 급/집전 시스템 기술은, 기존 철도 시스템에 필요로 하는 접촉식 전력 공급 장치나 가선 설비를 요구하지 않으며 단선과 전기 접촉 등에 의한 위험성을 갖지 않는다.
이를 위해, 상기 무선 급/집전 시스템 기술은 지상에 급전 장치를 설치하고 철도 차량에 급전 장치를 구비하는 무선 급전 장치를 통해 전기 철도 시스템을 새로이 구현시킨다. 여기서, 상기 무선 급전 장치는 대용량의 교류 전원을 이용하여 철도 궤도 아래의 급전 장치에 자기장을 생성시키고 급전 장치의 자기장을 이용하여 철도 차량의 내부에 위치되는 집전 장치 및 DC-DC 컨버터 장치에서 직류 전원의 전기 에너지를 생성하며 전기 에너지를 배터리 팩에 저장하도록 구성된다.
상기 배터리 팩은 전기 에너지를 화학 에너지로 저장한 후 필요할 때 화학 에너지를 전기 에너지로 변환시켜 전기를 철도 차량의 내부에 위치되는 부하에 공급한다. 한편, 상기 배터리 팩은 한국 공개특허공보 제10-2017-0112412호에 발명의 명칭인 "배터리 교환식 노면전차"에서 종래기술의 배터리로 개시되었다.
상기 종래기술에서, 상기 배터리는, 사용된 후에, 노면전차의 정류장에서 배터리 교환 스테이션의 기계적 로봇 동작을 통해 충전된 배터리로 교환된다. 상기 배터리는 노면 전차의 외부에서 천장 상에 위치되는 배터리 챔버의 이차원적인 면적에 구속된다. 따라서, 상기 배터리는 노면전차에서 천장의 상부측을 향해 자유도를 갖지 못하기 때문에 배터리 셀을 복수로 적층시키는데 한계를 갖는다.
또한, 상기 배터리는 노면전차의 천장에 구비되어 내부 온도를 공랭식으로 낮추기 위해 커버 하우징을 관통하는 다수개의 구멍을 갖는다. 그러나, 상기 노면 전차가 장거리 운행에 배치되는 때, 상기 커버 하우징의 구멍은, 노면 전차의 운행 동안, 배터리의 작동에 따라 생기는 배터리의 내부 온도를 낮추는데 한계를 갖는다. 왜냐하면, 상기 배터리는 자연 냉각을 수행하여 배터리의 내부 온도를 느리게 낮추거나 배터리의 내부 온도를 배터리의 주변 온도와 동일하게 유지하기 때문이다.
한국 공개특허공보 제10-2017-0112412호
본 발명은, 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 철도 차량의 구동에 사용하기 위해, 배터리 모듈을 내부 공간에 3차원적으로 자유로이 장착시키고, 에너지 저장 시스템으로 최적화된 성능을 발휘할 수 있도록, 내부 공간에서 배터리 모듈의 작동으로 생기는 영역 별 온도차를 최소화시키는데 적합한, 배터리 모듈의 다중 적층 구조에 냉각 도구를 구비하는 배터리 팩을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은, 직사각 박스(box)로 이루어져, 상기 직사각 박스의 외주면 중 작은 면적을 가지면서 마주하는 일편 측벽 및 타편 측벽에 공기 순환 유닛을 구비하는 배터리 수용 하우징; 상기 배터리 수용 하우징의 내부에서 적어도 두 개의 배터리 모듈을 순차적으로 쌓아올리고, 상기 일편 측벽으로부터 상기 타편 측벽을 향해 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈을 반복적으로 배열시킨 배터리 적층 구조물; 및 상기 공기 순환 유닛과 개별 배터리 모듈에 전기적으로 접속되어 상기 공기 순환 유닛과 상기 개별 배터리 모듈을 제어하는 배터리 관리 유닛을 포함하고, 상기 공기 순환 유닛은 상기 배터리 적층 구조물의 수직 레벨에 따라 동일하거나 서로 다른 공기의 흐름을 발생시키는 것을 특징으로 한다.
상기 공기 순환 유닛은 상기 일편 측벽 및 상기 타편 측벽에서 개별 측벽에 대칭되게 복수로 위치될 수 있다.
상기 공기 순환 유닛은 상기 일편 측벽 및 상기 타편 측벽에서 개별 측벽의 하부 및 상부에 두개씩 위치될 수 있다.
상기 공기 순환 유닛은, 상기 일편 측벽 및 상기 타편 측벽에서 상기 배터리 수용 하우징의 내부와 외부를 연통시키도록, 개별 측벽 내 사각 형을 이루는 꼭지점들에서 상기 개별 측벽을 관통하여 상기 배터리 수용 하우징의 상기 외부를 향해 연장되는 통풍 관; 및 상기 배터리 수용 하우징의 상기 내부에서, 상기 개별 측벽에 고정되어 상기 통풍 관에 정렬되는 공기 팬을 가질 수 있다.
상기 공기 팬은, 상기 배터리 관리 유닛의 제어를 바탕으로 회전되는 동안, 상기 개별 측벽의 하부에서 상기 배터리 수용 하우징의 상기 외부로부터 상기 내부를 향해 찬 공기를 유입시키고, 상기 개별 측벽의 상부에서 상기 배터리 수용 하우징의 상기 내부로부터 상기 외부를 향해 더운 공기를 유출시킬 수 있다.
상기 공기 팬은, 상기 배터리 관리 유닛의 제어를 바탕으로 회전되는 동안, 상기 개별 측벽의 하부에서 상기 배터리 수용 하우징의 상기 내부로부터 상기 외부를 향해 더운 공기를 유출시키고, 상기 개별 측벽의 상부에서 상기 배터리 수용 하우징의 상기 외부로부터 상기 내부를 향해 찬 공기를 유입시킬 수 있다.
상기 공기 팬은, 상기 배터리 관리 유닛의 제어를 바탕으로 회전되는 동안, 상기 일편 측벽에서 상기 배터리 수용 하우징의 상기 외부로부터 상기 내부를 향해 찬 공기를 유입시키고, 상기 타측 측벽에서 상기 배터리 수용 하우징의 상기 내부로부터 상기 외부를 향해 더운 공기를 유출시킬 수 있다.
상기 배터리 적층 구조물은, 상기 일편 측벽과 상기 타편 측벽 사이에 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈을 두 줄로 배열시켜서, 상기 일편 측벽으로부터 상기 타편 측벽을 향하는 방향에서 볼 때, 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈을 비대칭적으로 배열시키고, 상기 일편 측벽으로부터 상기 타편 측벽을 향하는 방향에 직각으로 볼 때, 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈을 대칭적으로 배열시킬 수 있다.
상기 배터리 적층 구조물은, 상기 일편 측벽과 상기 타편 측벽 사이에 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈을 두 줄로 배열시켜서, 상기 일편 측벽 가까이에서 개별 줄에 순차적으로 적층된 두 개의 배터리 모듈을 가지고, 상기 일편 측벽과 상기 타편 측벽 사이의 나머지 영역에서 상기 개별 줄에 순차적으로 적층된 네 개의 배터리 모듈을 반복적으로 가질 수 있다.
상기 배터리 관리 유닛의 제어를 바탕으로, 상기 공기 순환 유닛을 통해 상기 일편 측벽과 상기 타편 측벽에서 개별 측벽의 하부를 통해 찬 공기를 유입시키며 상기 개별 측벽의 상부를 통해 더운 공기를 유출시키는 때, 상기 배터리 팩은, 상기 배터리 적층 구조물에서 볼 때, 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈에서 양 측부에 위치되는 배터리 지지대를 더 포함하고, 상기 배터리 지지대는, 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈의 상기 양 측부에서, 상기 배터리 수용 하우징의 바닥에 나사 결합되는 고정편; 상기 고정편으로부터 굴곡되어, 상기 일편 측벽으로부터 상기 타편 측벽을 향하는 방향을 따라, 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈과 접촉하는 밀착판을 포함할 수 있다.
상기 밀착판은, 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈을 차폐시킬 수 있다.
상기 밀착판은, 상기 일편 측벽으로부터 상기 타편 측벽을 향하는 상기 방향에 직각으로, 상기 밀착판의 내부를 관통하는 중공(中空)을 한정하고, 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈을 차폐시킬 수 있다.
상기 밀착판은, 상기 일편 측벽으로부터 상기 타편 측벽을 향하는 상기 방향을 따라, 상기 밀착판의 하부에 복수로 배치되는 찬 공기 출입구; 및 상기 밀착판의 상부에 복수로 배치되는 더운 공기 출입구를 한정하고, 상기 더운 공기 출입구는 상기 찬 공기 출입구보다 더 큰 크기를 가질 수 있다.
상기 배터리 관리 유닛의 제어를 바탕으로, 상기 공기 순환 유닛을 통해 상기 일편 측벽을 통해 찬 공기를 유입시키며 상기 타측 측벽을 통해 더운 공기를 유출시키는 때, 상기 배터리 팩은, 상기 배터리 적층 구조물에서 볼 때, 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈에서 양 측부에 위치되는 배터리 지지대를 더 포함하고, 상기 배터리 지지대는, 상기 일편 측벽과 상기 타편 측벽 사이의 중심으로부터 상기 일편 측벽 가까이에 복수로 위치되는 선단 배터리 지지대; 및 상기 일편 측벽과 상기 타편 측벽 사이의 상기 중심으로부터 상기 타편 측벽 가까이에 복수로 위치되는 후단 배터리 지지대를 포함하고, 상기 선단 배터리 지지대 또는 상기 후단 배터리 지지대는 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈에서 상기 양 측부에 위치될 수 있다.
상기 선단 배터리 지지대는, 상기 배터리 수용 하우징에서 바닥의 선단에 반복적으로 고정되는 선단 고정편과, 상기 선단 고정편에 일체로 형성되면서 적어도 두 개의 배터리 모듈과 접촉하는 선단 밀착편을 포함하고, 상기 후단 배터리 지지대는, 상기 배터리 수용 하우징에서 상기 바닥의 후단에 반복적으로 고정되는 후단 고정편과, 상기 후단 고정편에 일체로 형성되면서 적어도 두 개의 배터리 모듈과 접촉하는 후단 밀착편을 포함할 수 있다.
상기 선단 밀착편과 상기 후단 밀착편은, 상기 일편 측벽으로부터 상기 타편 측벽을 향하는 방향을 따라, 상기 선단 밀착편을 관통하는 선단 통풍구를 복수로 가지고, 상기 후단 밀착편을 관통하는 후단 통풍구를 복수로 가지고, 상기 선단 밀착편의 상기 선단 통풍구는 상기 후단 밀착편의 상기 후단 통풍구보다 더 작은 크기를 가질 수 있다.
상기 배터리 관리 유닛의 제어를 바탕으로, 상기 공기 순환 유닛을 통해 상기 일편 측벽과 상기 타편 측벽에서 개별 측벽의 상부를 통해 찬 공기를 유입시키며 상기 개별 측벽의 하부를 통해 더운 공기를 유출시키는 때, 상기 배터리 팩은, 상기 배터리 적층 구조물 상에 공기 집속관을 더 포함하고, 상기 공기 집속관은, 속이 빈 사각 형상의 포집 하우징에서, 상기 일편 측벽 가까이에 상기 일편 측벽과 마주하는 제1 포집구; 상기 타편 측벽 가까이에 상기 타편 측벽과 마주하는 제2 포집구; 및 상기 배터리 적층 구조물과 마주하는 제1 집속홀 및 제2 집속홀을 포함하고, 상기 포집 하우징에서 상기 제1 포집구와 상기 제2 포집구는 동일한 크기를 가질 수 있다.
상기 포집 하우징의 상기 제1 집속홀은 상기 포집 하우징의 양 단부 주변에 복수로 위치되고, 상기 포집 하우징의 상기 제2 집속홀은 상기 포집 하우징의 중앙 영역에 복수로 위치되어 상기 포집 하우징의 상기 제1 집속홀보다 더 큰 크기를 가질 수 있다.
상기 배터리 관리 유닛의 제어를 바탕으로, 상기 공기 순환 유닛을 통해 상기 일편 측벽을 통해 찬 공기를 유입시키며 상기 타측 측벽을 통해 더운 공기를 유출시키는 때, 상기 배터리 팩은, 상기 배터리 적층 구조물 상에 공기 집속관을 더 포함하고, 상기 공기 집속관은, 사각 형상의 포집 하우징에서, 상기 일편 측벽 가까이에서 상기 일편 측벽과 마주하는 포집구; 상기 타편 측벽 가까이에서 상기 타편 측벽과 마주하는 배출구; 및 상기 배터리 적층 구조물과 마주하는 제1 집속홀 내지 제3 집속홀을 포함하고, 상기 포집 하우징의 상기 포집구는 상기 포집 하우징의 상기 배출구보다 더 큰 크기를 가질 수 있다.
상기 포집 하우징의 상기 제1 집속홀 내지 상기 제3 집속홀은, 상기 포집 하우징에서 개별적으로 복수로 위치되고, 상기 포집 하우징에서 상기 포집구로부터 상기 배출구를 향해 점진적으로 커질 수 있다.
상기 배터리 관리 유닛의 제어를 바탕으로, 상기 공기 순환 유닛을 통해 상기 일편 측벽을 통해 찬 공기를 유입시키며 상기 타측 측벽을 통해 더운 공기를 유출시키는 때, 상기 배터리 팩은, 상기 배터리 수용 하우징의 바닥에 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈을 반복적으로 2차원적으로 행렬을 따라 배열시키는 구조에서, 상기 배터리 수용 하우징의 상기 바닥으로부터 이격되면서 수직하게 이웃하는 배터리 모듈들 사이에 쿨링 선반을 더 포함할 수 있다.
상기 쿨링 선반은, 속이 빈 "왕(王)" 자형으로 이루어진 터널 형상의 포집 관에서, 상기 포집관 중 "삼(三)" 부분에서 상기 일편 측벽 가까이에 상기 일편 측벽과 복수로 마주하는 포집창; 상기 포집관 중 "삼(三)" 부분에서 상기 타편 측벽 가까이에 상기 타편 측벽과 복수로 마주하는 배출창; 및 상기 포집관 중 "삼(三)" 부분 상에서 수평하게 이웃하는 배터리 모듈들 사이에 복수의 토출홀을 포함하고, 상기 포집관의 상기 포집창은 상기 포집관의 상기 배출창보다 더 큰 크기를 가지고, 상기 포집 관의 상기 복수의 토출홀은, 상기 포집 관에서 상기 포집창으로부터 상기 배출창을 향해 점진적으로 커질 수 있다.
상기 쿨링 선반은, 속이 빈 사각 터널 형상의 포집 함에서, 상기 일편 측벽 가까이에서 상기 일편 측벽과 마주하는 포집창; 상기 타편 측벽 가까이에서 상기 타편 측벽과 마주하는 배출창; 및 상기 포집함 상에서 수평하게 이웃하는 배터리 모듈들 사이에 복수의 토출홀을 포함하고, 상기 포집함의 상기 포집창은 상기 포집함의 상기 배출창보다 더 큰 크기를 가지고, 상기 포집함의 상기 복수의 토출홀은, 상기 포집함에서 상기 포집창으로부터 상기 배출창을 향해 점진적으로 커킬 수 있다.
상기 공기 순환 유닛은, 상기 일편 측벽과 상기 타편 측벽에서 개별 측벽에 복수로 위치되고, 상기 일편 측벽과 상기 타편 측벽에서 동일한 크기의 공기 순환 유닛으로 이루어지거나 상기 일편 측벽의 공기 순환 유닛보다 상기 타편 측벽의 공기 순환 유닛에서 더 큰 크기를 가질 수 있다.
상기 배터리 팩은, 상기 배터리 수용 하우징을 둘러싸는 하우징 걸개를 더 포함하고, 상기 하우징 걸개는, 상기 일편 측벽을 노출하도록 상기 일편 측벽 주변에서, 그리고 상기 타편 측벽을 노출하도록 상기 타편 측벽 주변에서, 그리고 상기 일편 측벽 및 상기 타편 측벽 사이에서, 상기 배터리 수용 하우징의 바닥의 양 가장자리로부터 마주하는 양 측벽을 따라 위치될 수 있다.
본 발명의 배터리 팩은, 직사각 박스를 한정하는 배터리 수용 하우징에서 일편 측벽으로부터 타편 측벽을 향해 순차적으로 적층된 적어도 두 개의 배터리 모듈을 반복적으로 배치시키므로 배터리 모듈을 배터리 수용 하우징의 내부 공간에 3차원적으로 자유로이 장착시킬 수 있다.
본 발명의 배터리 팩은, 배터리 수용 하우징의 일편 측벽과 타편 측벽에서 외부 공기의 유입과 내부 공기의 유출을 담당하는 공기 순환 유닛을 복수로 구비하고, 배터리 수용 하우징의 내부에서 배터리 모듈 주변에 공기 순환 유닛의 공기 흐름을 다변화시키는 배터리 지지대 또는 공기 집속관 또는 쿨링 선반을 구비하므로, 배터리 수용 하우징의 내부 공간에서 배터리 모듈의 작동으로 생기는 영역 별 온도차를 최소화시킬 수 있다.
도 1은, 본 발명에 따른 배터리 팩을 사시적으로 보여주는 이미지이다.
도 2는, 도 1의 X 방향에서 배터리 팩의 정면을 보여주는 이미지이다.
도 3은, 도 1의 Z 방향에서 배터리 팩의 평면을 보여주는 이미지이다.
도 4는, 도 1의 Y 방향에서 배터리 팩의 측면을 보여주는 이미지이다.
도 5는, 도 2 또는 도 3의 배터리 모듈 주변에 배터리 지지대를 보여주는 개략도이다.
도 6은, 도 5의 배터리 지지대의 제1 변형예를 보여주는 개략도이다.
도 7은, 도 5의 배터리 지지대의 제2 변형예를 보여주는 개략도이다.
도 8은, 도 5의 배터리 지지대의 제3 변형예를 보여주는 개략도이다.
도 9는, 도 1의 배터리 모듈 주변에 공기 집속관을 보여주는 개략도이다.
도 10은, 도 9의 공기 집속관의 변형예를 보여주는 개략도이다.
도 11은, 도 1의 배터리 모듈 주변에 쿨링 선반을 보여주는 개략도이다.
도 12는, 도 11의 쿨링 선반의 변형예를 보여주는 개략도이다.
도 13은, 도 1의 공기 순환 유닛의 변형예를 보여주는 개략도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시 예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시 예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시 예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시 예(들)에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리 팩을 사시적으로 보여주는 이미지이고, 도 2는 도 1의 X 방향에서 배터리 팩의 정면을 보여주는 이미지이다.
또한, 도 3은 도 1의 Z 방향에서 배터리 팩의 평면을 보여주는 이미지이고, 도 4는 도 1의 Y 방향에서 배터리 팩의 측면을 보여주는 이미지이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따르는 배터리 팩(270)은, 배터리 수용 하우징(40)과 배터리 적층 구조물(65)과 배터리 관리 유닛(260)을 도 1과 같이 포함한다.
상기 배터리 수용 하우징(40)은, 직사각 박스(box)로 이루어져, 직사각 박스의 외주면 중 작은 면적을 가지면서 마주하는 일편 측벽(24) 및 타편 측벽(28)에 공기 순환 유닛(35, 39)을 도 1과 같이 구비한다. 상기 공기 순환 유닛(35, 39)은 일편 측벽(24) 및 타편 측벽(28)에서 개별 측벽(24 또는 28)에 대칭되게 복수로 위치된다. 좀 더 상세하게는, 상기 공기 순환 유닛(35, 39)은 일편 측벽(24) 및 타편 측벽(28)에서 개별 측벽(24 또는 28)의 하부 및 상부에 두개씩 위치된다.
상기 공기 순환 유닛(35, 39)은, 통풍 관(14, 18)과 공기팬(34, 38)을 도 1 및 도 2와 같이 포함한다. 상기 통풍 관(14, 18)은 일편 측벽(24) 및 타편 측벽(28)에서 배터리 수용 하우징(40)의 내부와 외부를 연통시키도록, 개별 측벽(24 또는 28) 내 사각 형을 이루는 꼭지점들에서 개별 측벽(24 또는 28)을 관통하여 배터리 수용 하우징(40)의 외부를 향해 연장된다.
상기 공기팬(34, 38)은, 배터리 수용 하우징(40)의 내부에서, 개별 측벽(24 또는 28)에 고정되어 통풍 관(14, 18)에 도 1 또는 도 2와 같이 정렬된다. 상기 공기 팬(34, 38)은, 배터리 관리 유닛(260)의 제어를 바탕으로 회전되는 동안, 개별 측벽(24 또는 28)의 하부에서 배터리 수용 하우징(40)의 외부로부터 내부를 향해 찬 공기를 유입시키고, 개별 측벽(24 또는 28)의 상부에서 배터리 수용 하우징(40)의 내부로부터 외부를 향해 더운 공기를 유출시킨다.
이와 유사하게, 상기 공기 팬(34, 38)은, 배터리 관리 유닛(260)의 제어를 바탕으로 회전되는 동안, 개별 측벽(24 또는 28)의 하부에서 배터리 수용 하우징(40)의 내부로부터 외부를 향해 더운 공기를 유출시키고, 개별 측벽(24 또는 28)의 상부에서 배터리 수용 하우징(40)의 외부로부터 내부를 향해 찬 공기를 유입시킬 수 있다.
이와는 전혀 다르게, 상기 공기 팬(34, 38)은, 배터리 관리 유닛(260)의 제어를 바탕으로 회전되는 동안, 일편 측벽(24)에서 배터리 수용 하우징(40)의 외부로부터 내부를 향해 찬 공기를 유입시키고, 타측 측벽(28)에서 배터리 수용 하우징(40)의 내부로부터 외부를 향해 더운 공기를 유출시킬 수도 있다. 따라서, 상기 공기 순환 유닛(35, 39)은 배터리 적층 구조물(65)의 수직 레벨에 따라 동일하거나 서로 다른 공기의 흐름을 발생시킨다.
상기 배터리 적층 구조물(65)은, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 배터리 수용 하우징(40)의 내부에서 적어도 두 개의 배터리 모듈(60)을 순차적으로 쌓아올리고, 일편 측벽(24)으로부터 타편 측벽(28)을 향해 적어도 두 개의 배터리 모듈(60)을 반복적으로 배열시킨다.
여기서, 상기 배터리 적층 구조물(65)은, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 일편 측벽(24)과 타편 측벽(28) 사이에 적어도 두 개의 배터리 모듈(60)을 두 줄로 배열시켜서, 일편 측벽(24)으로부터 타편 측벽(28)을 향하는 방향에서 볼 때, 적어도 두 개의 배터리 모듈(60)을 비대칭적으로 배열시키고, 일편 측벽(24)으로부터 타편 측벽(28)을 향하는 방향에 직각으로 볼 때, 적어도 두 개의 배터리 모듈(60)을 대칭적으로 배열시킨다.
좀 더 상세하게는, 상기 배터리 적층 구조물(65)은, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 일편 측벽(24)과 타편 측벽(28) 사이에 적어도 두 개의 배터리 모듈(60)을 두 줄로 배열시켜서, 일편 측벽(24) 가까이에서 개별 줄에 순차적으로 적층된 두 개의 배터리 모듈(60)을 가지고, 일편 측벽(24)과 타편 측벽(28) 사이의 나머지 영역에서 개별 줄에 순차적으로 적층된 네 개의 배터리 모듈(60)을 반복적으로 갖는다
상기 배터리 관리 유닛(260)은, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 공기 순환 유닛(35, 39)과 개별 배터리 모듈(60)에 전기적으로 접속되어 공기 순환 유닛(35, 39)과 개별 배터리 모듈(60)을 제어한다. 한편, 상기 배터리 팩(270)은, 배터리 수용 하우징(40)을 둘러싸는 하우징 걸개(50)를 더 포함한다. 상기 하우징 걸개(50)는, 일편 측벽(24)을 노출하도록 일편 측벽(24) 주변에서, 그리고 타편 측벽(28)을 노출하도록 타편 측벽(28) 주변에서, 그리고 일편 측벽(24) 및 타편 측벽(28) 사이에서, 배터리 수용 하우징(40)의 바닥의 양 가장자리로부터 마주하는 양 측벽을 따라 위치된다.
상기 하우징 걸개(50)는, 경전철의 하부측에 배터리 팩(270)의 설치시, 경전철의 하부측에 마련된 고정 걸림턱(도면에 미도시)에 장착시키도록 구성된다.
도 5는 도 2 또는 도 3의 배터리 모듈 주변에 배터리 지지대를 보여주는 개략도이며, 도 6은 도 5의 배터리 지지대의 제1 변형예를 보여주는 개략도이고, 도 7은 도 5의 배터리 지지대의 제2 변형예를 보여주는 개략도이다.
이 경우에, 상기 배터리 지지대는, 도면을 단순화하기 위해, 도 2 또는 도 3에서만 도시하기로 한다. 또한, 상기 배터리 지지대와 공기 순환 유닛은 본 발명에서 냉각 도구의 기능을 수행한다.
도 5를 참조하면, 상기 배터리 관리 유닛(260)의 제어를 바탕으로, 공기 순환 유닛(35, 39)을 통해 일편 측벽(24)과 타편 측벽(28)에서 개별 측벽(24 또는 28)의 하부를 통해 찬 공기를 유입시키며 개별 측벽(24 또는 28)의 상부를 통해 더운 공기를 유출시키는 때, 상기 배터리 팩(270)은, 배터리 적층 구조물(65)에서 볼 때, 적어도 두 개의 배터리 모듈(60)에서 양 측부에 위치되는 배터리 지지대(80)를 더 포함한다.
상기 배터리 지지대(80)는, 적어도 두 개의 배터리 모듈(80)의 양 측부에서, 배터리 수용 하우징(40)의 바닥에 나사 결합되는 고정편(76)과, 고정편(76)으로부터 굴곡되어, 도 2 또는 도 3에 도시된 바와 같이, 일편 측벽(24)으로부터 타편 측벽(28)을 향하는 방향을 따라, 적어도 두 개의 배터리 모듈(60)과 접촉하는 밀착판(79)을 포함한다.
여기서, 상기 고정편(76)은, 나사 부재(도면에 미도시)를 고정 홀(73)에 삽입시켜 배터리 수용 하우징(40)의 바닥에 고정된다. 상기 밀착판(79)은, 적어도 두 개의 배터리 모듈(60)을 차폐시킨다. 따라서, 상기 배터리 팩(270)은 밀착판(79)을 통해 배터리 모듈(60)의 작동 동안 배터리 모듈(60)로부터 생기는 온도를 빼앗아 공기 순환 유닛(35, 39)을 통해 배터리 수용 하우징(40)의 내부로부터 외부를 향해 더운 공기를 배출시킬 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제1 변형예에 따른 배터리 지지대(100)가 도 5의 배터리 지지대(80)와 유사한 형상을 가지나, 상기 배터리 지지대(100)의 밀착판(98)은 도 5의 배터리 지지대(80)의 밀착판(79)과 다른 구조를 갖는다. 즉, 상기 배터리 지지대(100)에서, 상기 밀착판(98)은, 일편 측벽(24)으로부터 타편 측벽(28)을 향하는 방향에 직각으로, 밀착판(98)의 내부를 관통하는 중공(中空; 96)을 한정하고, 적어도 두 개의 배터리 모듈(60)을 차폐시킬 수 있다.
따라서, 상기 배터리 팩(270)은 배터리 모듈(60)의 작동 동안 배터리 지지대(100)의 중공(96)을 통해 배터리 모듈(60)로부터 생기는 온도를 신속하게 빼앗아 공기 순환 유닛(35, 39)를 통해 배터리 수용 하우징(40)의 내부로부터 외부를 향해 더운 공기를 배출할 수 있다. 한편, 상기 배터리 지지대(100)에서 고정편(94)은, 나사 부재(도면에 미도시)를 고정 홀(92)에 삽입시켜 배터리 수용 하우징(40)의 바닥에 고정된다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제2 변형예에 따른 배터리 지지대(120)가 도 5의 배터리 지지대(80)와 유사한 형상을 가지나, 상기 배터리 지지대(120)의 밀착판(118)은 도 5의 배터리 지지대(80)의 밀착판(79)과 다른 구조를 갖는다. 즉, 상기 밀착판(118)은, 일편 측벽(24)으로부터 타편 측벽(28)을 향하는 방향을 따라, 밀착판(118)의 하부에 복수로 배치되는 찬 공기 출입구(116)와, 밀착판(118)의 상부에 복수로 배치되는 더운 공기 출입구(117)를 한정한다.
상기 밀착판(118)의 더운 공기 출입구(117)는 밀착판(118)의 찬 공기 출입구(116)보다 더 큰 크기를 갖는다. 여기서, 상기 배터리 팩(270)은 더운 공기 출입구(117)를 통해 배터리 수용 하우징(40)의 내부에서 더운 공기의 유속을 빠르게 하여 배터리 수용 하우징(40)의 내부로부터 외부를 향해 더운 공기를 신속하게 배출시킬 수 있다.
좀 더 상세하게는, 상기 밀착판(118)은 적어도 두 개의 배터리 모듈(60)에서 양 측부에 위치되어 공기의 대류 현상을 국부적으로 도우며 찬 공기 출입구(116)에서 단위 시간당 찬 공기의 흐름보다 더운 공기 출입구(117)에서 단위 시간당 더운 공기의 흐름을 더 크게 하여 적어도 두 개의 배터리 모듈(60) 사이에 그리고 적어도 두 개의 배터리 모듈(60) 주변에 더운 공기 대비 찬 공기의 비율을 크게 해준다.
이와는 다르게, 상기 찬 공기 출입구(116)는 더운 공기 출입구(117)와 동일한 크기를 가질 수 있다. 한편, 상기 배터리 지지대(120)에서 고정편(114)은, 나사 부재(도면에 미도시)를 고정 홀(112)에 삽입시켜 배터리 수용 하우징(40)의 바닥에 고정된다.
도 8은 도 5의 배터리 지지대의 제3 변형예를 보여주는 개략도이다.
도 8을 참조하면, 상기 배터리 관리 유닛(260)의 제어를 바탕으로, 공기 순환 유닛(35, 39)을 통해 일편 측벽(24)을 통해 찬 공기를 유입시키며 타측 측벽(28)을 통해 더운 공기를 유출시키는 때, 상기 배터리 팩(270)은, 배터리 적층 구조물(65)에서 볼 때, 적어도 두 개의 배터리 모듈(60)에서 양 측부에 위치되는 배터리 지지대(170)를 더 포함한다.
상기 배터리 지지대(170)는, 일편 측벽(24)과 타편 측벽(28) 사이의 중심으로부터 일편 측벽(24) 가까이에 복수로 위치되는 선단 배터리 지지대(140)와, 일편 측벽(24)과 타편 측벽(28) 사이의 중심으로부터 타편 측벽(28) 가까이에 복수로 위치되는 후단 배터리 지지대(160)를 포함한다. 상기 선단 배터리 지지대(140) 또는 후단 배터리 지지대(160)는 적어도 두 개의 배터리 모듈(60)에서 양 측부에 도 2 및 도 3과 같이 위치된다.
좀 더 상세하게는, 상기 선단 배터리 지지대(140)는, 배터리 수용 하우징(40)에서 바닥의 선단에 반복적으로 고정되는 선단 고정편(134)과, 선단 고정편(134)에 일체로 형성되면서 적어도 두 개의 배터리 모듈(60)과 접촉하는 선단 밀착편(138)을 포함한다. 상기 후단 배터리 지지대(160)는, 배터리 수용 하우징(40)에서 바닥의 후단에 반복적으로 고정되는 후단 고정편(154)과, 후단 고정편(154)에 일체로 형성되면서 적어도 두 개의 배터리 모듈(60)과 접촉하는 후단 밀착편(158)을 포함한다.
여기서, 상기 선단 밀착편(138)과 후단 밀착편(158)은, 일편 측벽(24)으로부터 타편 측벽(28)을 향하는 방향을 따라, 선단 밀착편(138)을 관통하는 선단 통풍구(136)를 복수로 가지고, 후단 밀착편(158)을 관통하는 후단 통풍구(156)를 복수로 갖는다. 상기 선단 밀착편(138)의 선단 통풍구(136)는 후단 밀착편(158)의 후단 통풍구(156)보다 더 작은 크기를 갖는다.
따라서, 상기 배터리 팩(270)은 배터리 수용 하우징(40)에서 바닥의 선단으로부터 후단을 향해 갈수록 더운 공기의 유속을 빠르게 하여 배터리 수용 하우징(40)의 내부로부터 외부를 향해 더운 공기를 신속하게 배출시킬 수 있다. 이를 통해, 상기 배터리 팩(270)은 공기 순환 유닛(35, 39)을 통해 선단 배터리 지지대(140)에서 단위 시간당 찬 공기의 흐름보다 후단 배터리 지지대(160)에서 단위 시간당 더운 공기의 흐름을 더 크게 하여 배터리 적층 구조물(65)의 내부에 그리고 적층 배터리 구조물(65) 주변에 더운 공기 대비 찬 공기의 비율을 크게 해준다.
이와는 다르게, 상기 선단 배터리 지지대(140)에서 선단 밀착편(138)의 선단 통풍구(136)는 후단 배터리 지지대(160)에서 후단 밀착편(158)의 후단 통풍구(156)와 동일한 크기를 가질 수 있다. 또한, 상기 선단 고정편(134)와 후단 고정편(154)은, 나사 부재(도면에 미도시)를 고정 홀(134, 152)에 삽입시켜 배터리 수용 하우징(40)의 바닥에 고정된다.
도 9는 도 1의 배터리 모듈 주변에 공기 집속관을 보여주는 개략도이다.
도 9를 참조하면, 상기 배터리 관리 유닛(260)의 제어를 바탕으로, 공기 순환 유닛(35, 39)을 통해 일편 측벽(24)과 타편 측벽(28)에서 개별 측벽(24 또는 28)의 상부를 통해 찬 공기를 유입시키며 개별 측벽(24 또는 28)의 하부를 통해 더운 공기를 유출시키는 때, 상기 배터리 팩(270)은, 배터리 적층 구조물(65) 상에 공기 집속관(190)을 더 포함한다.
상기 공기 집속관(190)은, 속이 빈 사각 형상의 포집 하우징(189)에서, 일편 측벽(24) 가까이에 일편 측벽(24)과 마주하는 제1 포집구(181)와, 타편 측벽(28) 가까이에 타편 측벽(28)과 마주하는 제2 포집구(187)와, 배터리 적층 구조물(65)과 마주하는 제1 집속홀(183) 및 제2 집속홀(185)을 포함한다. 상기 포집 하우징(189)에서 제1 포집구(181)와 제2 포집구(187)는 동일한 크기를 갖는다.
상기 포집 하우징(189)의 제1 집속홀(183)은 포집 하우징(189)의 양 단부 주변에 복수로 위치된다. 상기 포집 하우징(189)의 제2 집속홀(185)은 포집 하우징(189)의 중앙 영역에 복수로 위치되어 포집 하우징(189)의 제1 집속홀(183)보다 더 큰 크기를 갖는다.
따라서, 상기 배터리 팩(270)은 포집 하우징(189)의 제1 집속홀(183)과 제2 집속홀(185)을 통해 찬 공기의 유속을 조절하여 배터리 수용 하우징(40)의 내부 공간에서 배터리 모듈(60)의 작동으로 생기는 배터리 적층 구조물(65)의 영역 별 온도차를 최소화시킬 수 있다.
도 10은 도 9의 공기 집속관의 변형예를 보여주는 개략도이다.
도 10을 참조하면, 상기 배터리 관리 유닛(260)의 제어를 바탕으로, 공기 순환 유닛(35, 39)을 통해 일편 측벽(24)을 통해 찬 공기를 유입시키며 타측 측벽(28)을 통해 더운 공기를 유출시키는 때, 상기 배터리 팩(270)은, 배터리 적층 구조물(65) 상에 공기 집속관(210)을 더 포함한다.
좀 더 상세하게는, 상기 공기 집속관(210)은, 사각 형상의 포집 하우징(209)에서, 일편 측벽(24) 가까이에서 일편 측벽(24)과 마주하는 포집구(202)와, 타편 측벽(28) 가까이에서 타편 측벽(28)과 마주하는 배출구(208)와, 배터리 적층 구조물(65)과 마주하는 제1 집속홀 내지 제3 집속홀(203, 205, 207)을 포함한다. 상기 포집 하우징(209)의 포집구(202)는 포집 하우징(209)의 배출구(208)보다 더 큰 크기를 갖는다.
여기서, 상기 포집 하우징(209)의 제1 집속홀 내지 상기 제3 집속홀(203, 205, 207)은, 포집 하우징(209)에서 개별적으로 복수로 위치되고, 포집 하우징(209)에서 포집구(202)로부터 배출구(208)를 향해 점진적으로 커진다. 따라서, 상기 공기 집속관(210)은 포집 하우징(209)의 포집구(202)와 배출구(208)의 크기를 이용하여 찬 공기의 흐름을 방해하고 제1 집속홀 내지 제3 집속홀(203, 205, 207)의 크기를 이용하여 찬 공기의 집속 또는 토출 유속을 달리하여 배터리 수용 하우징(40)의 내부 공간에서 배터리 모듈(60)의 작동으로 생기는 배터리 적층 구조물(65)의 영역 별 온도차를 최소화시킬 수 있다.
도 11은 도 1의 배터리 모듈 주변에 쿨링 선반을 보여주는 개략도이다.
도 11을 참조하면, 상기 배터리 관리 유닛(260)의 제어를 바탕으로, 공기 순환 유닛(35, 39)을 통해 일편 측벽(24)을 통해 찬 공기를 유입시키며 타측 측벽(28)을 통해 더운 공기를 유출시키는 때, 배터리 수용 하우징(40)의 바닥에 적어도 두 개의 배터리 모듈(60)을 반복적으로 2차원적으로 행렬을 따라 배열시키는 구조에서, 상기 배터리 팩(270)은, 배터리 수용 하우징(40)의 바닥으로부터 이격되면서 수직하게 이웃하는 배터리 모듈(60)들 사이에 쿨링 선반(230)을 더 포함한다.
상기 쿨링 선반(230)은, 속이 빈 "왕(王)" 자형으로 이루어진 터널 형상의 포집 관(229)에서, 포집관(229) 중 "삼(三)" 부분에서 일편 측벽(24) 가까이에 일편 측벽(24)과 복수로 마주하는 포집창(222)과, 포집관(229) 중 "삼(三)" 부분에서 타편 측벽(28) 가까이에 타편 측벽(28)과 복수로 마주하는 배출창(228)과, 포집관(229) 중 "삼(三)" 부분 상에서 수평하게 이웃하는 배터리 모듈(60)들 사이에 복수의 토출홀(224)을 포함한다.
상기 포집관(229)의 포집창(222)은 포집관(229)의 배출창(228)보다 더 큰 크기를 갖는다. 상기 포집 관(229)의 복수의 토출홀(224)은, 포집 관(229)에서 포집창(222)으로부터 배출창(228)을 향해 점진적으로 커진다. 따라서, 상기 쿨링 선반(230)은 포집관(229)의 포집창(222)과 배출창(228)의 크기를 이용하여 찬 공기의 흐름을 방해하고 복수의 토출홀(224)의 크기를 이용하여 찬 공기의 토출 유속을 달리하여 배터리 수용 하우징(40)의 내부 공간에서 배터리 모듈(60)의 작동으로 생기는 배터리 적층 구조물(65)의 영역 별 온도차를 최소화시킬 수 있다.
이와는 다르게, 상기 포집관(229)의 포집창(222)은 포집관(229)의 배출창(228)과 동일한 크기를 가질 수 있다. 또한, 상기 포집 관(229)의 복수의 토출홀(224)은, 포집 관(229)에서 동일한 크기를 가질 수 있다.
도 12는 도 11의 쿨링 선반의 변형예를 보여주는 개략도이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 변형예에 따른 쿨링 선반(250)이 도 11의 쿨링 선반(230)과 유사한 형상을 가지나, 상기 쿨링 선반(250)의 포집함(249)은 도 11의 쿨링 선반의 포집관(229)과 다른 구조를 갖는다. 좀 더 상세하게는, 상기 쿨링 선반(250)은, 속이 빈 사각 터널 형상의 포집 함(249)에서, 일편 측벽(24) 가까이에서 일편 측벽(24)과 마주하는 포집창(242)과, 타편 측벽(28) 가까이에서 타편 측벽(28)과 마주하는 배출창(248)과, 포집창(249) 상에서 수평하게 이웃하는 배터리 모듈(60)들 사이에 복수의 토출홀(244)을 포함한다.
여기서, 상기 포집함(249)의 포집창(242)은 포집함의 배출창(248)보다 더 큰 크기를 갖는다. 상기 포집함(249)의 복수의 토출홀(244)은, 포집함(249)에서 포집창(242)으로부터 배출창(248)을 향해 점진적으로 커진다. 이와는 다르게, 상기 포집함(249)의 포집창(242)은 포집함의 배출창(248)과 동일한 크기를 가질 수 있다. 또한, 상기 포집함(249)의 복수의 토출홀(244)은, 포집함(249)에서 동일한 크기를 가질 수 있다.
도 13은 도 1의 공기 순환 유닛의 변형예를 보여주는 개략도이다.
도 13을 참조하면, 상기 공기 순환 유닛(35, 39)은, 일편 측벽(24)과 타편 측벽(28)에서 개별 측벽(24 또는 28)에 복수로 도 1과 같이 위치되고, 일편 측벽(24)과 타편 측벽(28)에서 동일한 크기의 공기 순환 유닛(35 또는 39)으로 이루어지거나 배터리 적층 구조물(65)의 비대칭 형상을 고려하여 일편 측벽(24)의 공기 순환 유닛(35)보다 타편 측벽(28)의 공기 순환 유닛(39)에서 더 큰 크기를 가질 수 있다. 따라서, 상기 공기 순환 유닛(35, 39)이 일편 측벽(24)과 타편 측벽(28)에서 다른 크기를 가지는 때, 상기 통풍 구(14, 18)와 공기팬(34, 38)의 크기도 적절한 설계를 통해 조절될 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 배터리 팩의 이용방법은 도 1 내지 도 13을 참조하여 설명된다.
도 1 내지 도 13을 참조하면, 배터리 팩(270)이 도 1 내지 도 4와 같이 준비될 수 있다. 상기 배터리 팩(270)은 배터리 수용 하우징(40)에 배터리 적층 구조물(65)과 배터리 지지대(80)와 배터리 관리 유닛(260)을 가질 수 있다. 상기 배터리 적층 구조물(65)은 배터리 수용 하우징(40)에 순차적으로 적층된 적어도 두 개의 배터리 모듈(60)을 2차원적으로 그리고 3차원적으로 도 1과 같이 배열시킬 수 있다
상기 배터리 지지대(80)는, 도 5를 고려하면, 배터리 수용 하우징(40) 바닥 상에 고정되어 적어도 두 개의 배터리 모듈(60)에서 양 측부에 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 위치될 수 있다. 상기 배터리 지지대(80)는 도 6의 배터리 지지대(100)와, 도 9의 공기 집속관(190)과, 도 11의 쿨링 선반(230) 중 적어도 하나에 의해 교체될 수 있다.
또한, 상기 배터리 지지대(100)는 도 7 또는 도 8의 배터리 지지대(120 또는 170)에 의해 대체되거나, 상기 공기 집속관(190)은 도 10의 공기 집속관(210)에 의해 대체되거나, 상기 쿨링 선반(230)은 도 12의 쿨링 선반(250)에 의해 교체될 수 있다. 상기 배터리 관리 유닛(70)은 배터리 수용 하우징(40)의 공기 순환 유닛(35, 39)과 배터리 적층 구조물(65)의 개별 배터리 모듈(60)을 전기적으로 제어한다.
여기서, 상기 공기 순환 유닛(35, 39)은, 도 1 및 도 13을 고려하면, 배터리 수용 하우징(40)의 마주하는 일편 측벽(24)과 타편 측벽(28)에 위치되는 통풍관(14, 18)과 공기팬(34, 38)을 갖는다. 계속해서, 상기 경전철에 배터리 팩(270)이 장착될 수 있다. 상기 배터리 팩(180)은 경전철의 하부측에서 하우징 걸개(50)를 이용하여 경전철의 고정 걸림턱에 결합될 수 있다.
이어서, 상기 경전철의 철도 궤도의 정차 구간과 운행 구간에서 볼 때, 상기 경전철은 정차 구간에서 교류 전원을 공급받아 급전 장치와 집전 장치와 DC-DC 컨버터 장치를 이용하여 배터리 팩(270)에 직류 전원의 전기 에너지를 저장시킬 수 있다. 상기 경전철은 운행 구간에서 배터리 팩(270)으로부터 경전철의 부하에 전기 에너지를 공급하여 구간 운행을 할 수 있다.
상기 경전철이 운행 구간에서 운행 동안, 상기 배터리 팩(270)은, 배터리 관리 유닛(260)의 전기적 제어를 바탕으로, 공기 순환 유닛(35, 39)과 함께, 배터리 지지대(80) 및 공기 집속관(190) 및 쿨링 선반(230) 중 적어도 하나를 사용하여 배터리 수용 하우징(40)의 내부 공간에서 배터리 모듈(60)의 작동으로 생기는 영역 별 온도차를 최소화시킬 수 있다.
14, 18; 통풍관, 24, 28; 측벽
34, 38; 공기팬, 35, 39; 공기 순환 유닛
40; 배터리 수용 하우징, 50; 하우징 걸개
60; 배터리 모듈, 65; 배터리 적층 구조물
260; 배터리 관리 유닛, 270; 배터리 팩

Claims (25)

  1. 직사각 박스(box)로 이루어져, 상기 직사각 박스의 외주면 중 작은 면적을 가지면서 마주하는 일편 측벽 및 타편 측벽에 공기 순환 유닛을 구비하는 배터리 수용 하우징;
    상기 배터리 수용 하우징의 내부에서 적어도 두 개의 배터리 모듈을 순차적으로 쌓아올리고, 상기 일편 측벽으로부터 상기 타편 측벽을 향해 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈을 반복적으로 배열시킨 배터리 적층 구조물; 및
    상기 공기 순환 유닛과 개별 배터리 모듈에 전기적으로 접속되어 상기 공기 순환 유닛과 상기 개별 배터리 모듈을 제어하는 배터리 관리 유닛을 포함하고,
    상기 공기 순환 유닛은 상기 배터리 적층 구조물의 수직 레벨에 따라 동일하거나 서로 다른 공기의 흐름을 발생시키는, 배터리 모듈의 다중 적층 구조에 냉각 도구를 구비하는 배터리 팩.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 공기 순환 유닛은 상기 일편 측벽 및 상기 타편 측벽에서 개별 측벽에 대칭되게 복수로 위치되는, 배터리 모듈의 다중 적층 구조에 냉각 도구를 구비하는 배터리 팩.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 공기 순환 유닛은 상기 일편 측벽 및 상기 타편 측벽에서 개별 측벽의 하부 및 상부에 두개씩 위치되는, 배터리 모듈의 다중 적층 구조에 냉각 도구를 구비하는 배터리 팩.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 공기 순환 유닛은,
    상기 일편 측벽 및 상기 타편 측벽에서 상기 배터리 수용 하우징의 내부와 외부를 연통시키도록, 개별 측벽 내 사각 형을 이루는 꼭지점들에서 상기 개별 측벽을 관통하여 상기 배터리 수용 하우징의 상기 외부를 향해 연장되는 통풍 관; 및
    상기 배터리 수용 하우징의 상기 내부에서, 상기 개별 측벽에 고정되어 상기 통풍 관에 정렬되는 공기 팬을 가지는, 배터리 모듈의 다중 적층 구조에 냉각 도구를 구비하는 배터리 팩.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 공기 팬은,
    상기 배터리 관리 유닛의 제어를 바탕으로 회전되는 동안,
    상기 개별 측벽의 하부에서 상기 배터리 수용 하우징의 상기 외부로부터 상기 내부를 향해 찬 공기를 유입시키고,
    상기 개별 측벽의 상부에서 상기 배터리 수용 하우징의 상기 내부로부터 상기 외부를 향해 더운 공기를 유출시키는, 배터리 모듈의 다중 적층 구조에 냉각 도구를 구비하는 배터리 팩.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 공기 팬은,
    상기 배터리 관리 유닛의 제어를 바탕으로 회전되는 동안,
    상기 개별 측벽의 하부에서 상기 배터리 수용 하우징의 상기 내부로부터 상기 외부를 향해 더운 공기를 유출시키고,
    상기 개별 측벽의 상부에서 상기 배터리 수용 하우징의 상기 외부로부터 상기 내부를 향해 찬 공기를 유입시키는, 배터리 모듈의 다중 적층 구조에 냉각 도구를 구비하는 배터리 팩.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 공기 팬은,
    상기 배터리 관리 유닛의 제어를 바탕으로 회전되는 동안,
    상기 일편 측벽에서 상기 배터리 수용 하우징의 상기 외부로부터 상기 내부를 향해 찬 공기를 유입시키고,
    상기 타측 측벽에서 상기 배터리 수용 하우징의 상기 내부로부터 상기 외부를 향해 더운 공기를 유출시키는, 배터리 모듈의 다중 적층 구조에 냉각 도구를 구비하는 배터리 팩.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 배터리 적층 구조물은,
    상기 일편 측벽과 상기 타편 측벽 사이에 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈을 두 줄로 배열시켜서,
    상기 일편 측벽으로부터 상기 타편 측벽을 향하는 방향에서 볼 때, 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈을 비대칭적으로 배열시키고,
    상기 일편 측벽으로부터 상기 타편 측벽을 향하는 방향에 직각으로 볼 때, 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈을 대칭적으로 배열시키는, 배터리 모듈의 다중 적층 구조에 냉각 도구를 구비하는 배터리 팩.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 배터리 적층 구조물은,
    상기 일편 측벽과 상기 타편 측벽 사이에 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈을 두 줄로 배열시켜서,
    상기 일편 측벽 가까이에서 개별 줄에 순차적으로 적층된 두 개의 배터리 모듈을 가지고,
    상기 일편 측벽과 상기 타편 측벽 사이의 나머지 영역에서 상기 개별 줄에 순차적으로 적층된 네 개의 배터리 모듈을 반복적으로 가지는, 배터리 모듈의 다중 적층 구조에 냉각 도구를 구비하는 배터리 팩.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 배터리 관리 유닛의 제어를 바탕으로, 상기 공기 순환 유닛을 통해 상기 일편 측벽과 상기 타편 측벽에서 개별 측벽의 하부를 통해 찬 공기를 유입시키며 상기 개별 측벽의 상부를 통해 더운 공기를 유출시키는 때,
    상기 배터리 적층 구조물에서 볼 때, 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈에서 양 측부에 위치되는 배터리 지지대를 더 포함하고,
    상기 배터리 지지대는,
    상기 적어도 두 개의 배터리 모듈의 상기 양 측부에서,
    상기 배터리 수용 하우징의 바닥에 나사 결합되는 고정편;
    상기 고정편으로부터 굴곡되어, 상기 일편 측벽으로부터 상기 타편 측벽을 향하는 방향을 따라, 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈과 접촉하는 밀착판을 포함하는, 배터리 모듈의 다중 적층 구조에 냉각 도구를 구비하는 배터리 팩.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 밀착판은,
    상기 적어도 두 개의 배터리 모듈을 차폐시키는, 배터리 모듈의 다중 적층 구조에 냉각 도구를 구비하는 배터리 팩.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 밀착판은,
    상기 일편 측벽으로부터 상기 타편 측벽을 향하는 상기 방향에 직각으로, 상기 밀착판의 내부를 관통하는 중공(中空)을 한정하고,
    상기 적어도 두 개의 배터리 모듈을 차폐시키는, 배터리 모듈의 다중 적층 구조에 냉각 도구를 구비하는 배터리 팩.
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 밀착판은,
    상기 일편 측벽으로부터 상기 타편 측벽을 향하는 상기 방향을 따라,
    상기 밀착판의 하부에 복수로 배치되는 찬 공기 출입구; 및
    상기 밀착판의 상부에 복수로 배치되는 더운 공기 출입구를 한정하고,
    상기 더운 공기 출입구는 상기 찬 공기 출입구보다 더 큰 크기를 가지는, 배터리 모듈의 다중 적층 구조에 냉각 도구를 구비하는 배터리 팩.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 배터리 관리 유닛의 제어를 바탕으로, 상기 공기 순환 유닛을 통해 상기 일편 측벽을 통해 찬 공기를 유입시키며 상기 타측 측벽을 통해 더운 공기를 유출시키는 때,
    상기 배터리 적층 구조물에서 볼 때, 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈에서 양 측부에 위치되는 배터리 지지대를 더 포함하고,
    상기 배터리 지지대는,
    상기 일편 측벽과 상기 타편 측벽 사이의 중심으로부터 상기 일편 측벽 가까이에 복수로 위치되는 선단 배터리 지지대; 및
    상기 일편 측벽과 상기 타편 측벽 사이의 상기 중심으로부터 상기 타편 측벽 가까이에 복수로 위치되는 후단 배터리 지지대를 포함하고,
    상기 선단 배터리 지지대 또는 상기 후단 배터리 지지대는 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈에서 상기 양 측부에 위치되는, 배터리 모듈의 다중 적층 구조에 냉각 도구를 구비하는 배터리 팩.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 선단 배터리 지지대는,
    상기 배터리 수용 하우징에서 바닥의 선단에 반복적으로 고정되는 선단 고정편과, 상기 선단 고정편에 일체로 형성되면서 적어도 두 개의 배터리 모듈과 접촉하는 선단 밀착편을 포함하고,
    상기 후단 배터리 지지대는,
    상기 배터리 수용 하우징에서 상기 바닥의 후단에 반복적으로 고정되는 후단 고정편과, 상기 후단 고정편에 일체로 형성되면서 적어도 두 개의 배터리 모듈과 접촉하는 후단 밀착편을 포함하는, 배터리 모듈의 다중 적층 구조에 냉각 도구를 구비하는 배터리 팩.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 선단 밀착편과 상기 후단 밀착편은,
    상기 일편 측벽으로부터 상기 타편 측벽을 향하는 방향을 따라,
    상기 선단 밀착편을 관통하는 선단 통풍구를 복수로 가지고,
    상기 후단 밀착편을 관통하는 후단 통풍구를 복수로 가지고,
    상기 선단 밀착편의 상기 선단 통풍구는 상기 후단 밀착편의 상기 후단 통풍구보다 더 작은 크기를 가지는, 배터리 모듈의 다중 적층 구조에 냉각 도구를 구비하는 배터리 팩.
  17. 제1 항에 있어서,
    상기 배터리 관리 유닛의 제어를 바탕으로, 상기 공기 순환 유닛을 통해 상기 일편 측벽과 상기 타편 측벽에서 개별 측벽의 상부를 통해 찬 공기를 유입시키며 상기 개별 측벽의 하부를 통해 더운 공기를 유출시키는 때,
    상기 배터리 적층 구조물 상에 공기 집속관을 더 포함하고,
    상기 공기 집속관은,
    속이 빈 사각 형상의 포집 하우징에서,
    상기 일편 측벽 가까이에 상기 일편 측벽과 마주하는 제1 포집구;
    상기 타편 측벽 가까이에 상기 타편 측벽과 마주하는 제2 포집구; 및
    상기 배터리 적층 구조물과 마주하는 제1 집속홀 및 제2 집속홀을 포함하고,
    상기 포집 하우징에서 상기 제1 포집구와 상기 제2 포집구는 동일한 크기를 가지는, 배터리 모듈의 다중 적층 구조에 냉각 도구를 구비하는 배터리 팩.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 포집 하우징의 상기 제1 집속홀은 상기 포집 하우징의 양 단부 주변에 복수로 위치되고,
    상기 포집 하우징의 상기 제2 집속홀은 상기 포집 하우징의 중앙 영역에 복수로 위치되어 상기 포집 하우징의 상기 제1 집속홀보다 더 큰 크기를 가지는, 배터리 모듈의 다중 적층 구조에 냉각 도구를 구비하는 배터리 팩.
  19. 제1 항에 있어서,
    상기 배터리 관리 유닛의 제어를 바탕으로, 상기 공기 순환 유닛을 통해 상기 일편 측벽을 통해 찬 공기를 유입시키며 상기 타측 측벽을 통해 더운 공기를 유출시키는 때,
    상기 배터리 적층 구조물 상에 공기 집속관을 더 포함하고,
    상기 공기 집속관은,
    사각 형상의 포집 하우징에서,
    상기 일편 측벽 가까이에서 상기 일편 측벽과 마주하는 포집구;
    상기 타편 측벽 가까이에서 상기 타편 측벽과 마주하는 배출구; 및
    상기 배터리 적층 구조물과 마주하는 제1 집속홀 내지 제3 집속홀을 포함하고,
    상기 포집 하우징의 상기 포집구는 상기 포집 하우징의 상기 배출구보다 더 큰 크기를 가지는, 배터리 모듈의 다중 적층 구조에 냉각 도구를 구비하는 배터리 팩.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 포집 하우징의 상기 제1 집속홀 내지 상기 제3 집속홀은,
    상기 포집 하우징에서 개별적으로 복수로 위치되고,
    상기 포집 하우징에서 상기 포집구로부터 상기 배출구를 향해 점진적으로 커지는, 배터리 모듈의 다중 적층 구조에 냉각 도구를 구비하는 배터리 팩.
  21. 제1 항에 있어서,
    상기 배터리 관리 유닛의 제어를 바탕으로, 상기 공기 순환 유닛을 통해 상기 일편 측벽을 통해 찬 공기를 유입시키며 상기 타측 측벽을 통해 더운 공기를 유출시키는 때,
    상기 배터리 수용 하우징의 바닥에 상기 적어도 두 개의 배터리 모듈을 반복적으로 2차원적으로 행렬을 따라 배열시키는 구조에서, 상기 배터리 수용 하우징의 상기 바닥으로부터 이격되면서 수직하게 이웃하는 배터리 모듈들 사이에 쿨링 선반을 더 포함하는, 배터리 모듈의 다중 적층 구조에 냉각 도구를 구비하는 배터리 팩.
  22. 제21 항에 있어서,
    상기 쿨링 선반은,
    속이 빈 "왕(王)" 자형으로 이루어진 터널 형상의 포집 관에서,
    상기 포집관 중 "삼(三)" 부분에서 상기 일편 측벽 가까이에 상기 일편 측벽과 복수로 마주하는 포집창;
    상기 포집관 중 "삼(三)" 부분에서 상기 타편 측벽 가까이에 상기 타편 측벽과 복수로 마주하는 배출창; 및
    상기 포집관 중 "삼(三)" 부분 상에서 수평하게 이웃하는 배터리 모듈들 사이에 복수의 토출홀을 포함하고,
    상기 포집관의 상기 포집창은 상기 포집관의 상기 배출창보다 더 큰 크기를 가지고,
    상기 포집 관의 상기 복수의 토출홀은,
    상기 포집 관에서 상기 포집창으로부터 상기 배출창을 향해 점진적으로 커지는, 배터리 모듈의 다중 적층 구조에 냉각 도구를 구비하는 배터리 팩.
  23. 제21 항에 있어서,
    상기 쿨링 선반은,
    속이 빈 사각 터널 형상의 포집 함에서,
    상기 일편 측벽 가까이에서 상기 일편 측벽과 마주하는 포집창;
    상기 타편 측벽 가까이에서 상기 타편 측벽과 마주하는 배출창; 및
    상기 포집함 상에서 수평하게 이웃하는 배터리 모듈들 사이에 복수의 토출홀을 포함하고,
    상기 포집함의 상기 포집창은 상기 포집함의 상기 배출창보다 더 큰 크기를 가지고,
    상기 포집함의 상기 복수의 토출홀은,
    상기 포집함에서 상기 포집창으로부터 상기 배출창을 향해 점진적으로 커지는, 배터리 모듈의 다중 적층 구조에 냉각 도구를 구비하는 배터리 팩.
  24. 제1 항에 있어서,
    상기 공기 순환 유닛은,
    상기 일편 측벽과 상기 타편 측벽에서 개별 측벽에 복수로 위치되고,
    상기 일편 측벽과 상기 타편 측벽에서 동일한 크기의 공기 순환 유닛으로 이루어지거나 상기 일편 측벽의 공기 순환 유닛보다 상기 타편 측벽의 공기 순환 유닛에서 더 큰 크기를 가지는, 배터리 모듈의 다중 적층 구조에 냉각 도구를 구비하는 배터리 팩.
  25. 제1 항에 있어서,
    상기 배터리 수용 하우징을 둘러싸는 하우징 걸개를 더 포함하고,
    상기 하우징 걸개는,
    상기 일편 측벽을 노출하도록 상기 일편 측벽 주변에서, 그리고 상기 타편 측벽을 노출하도록 상기 타편 측벽 주변에서, 그리고 상기 일편 측벽 및 상기 타편 측벽 사이에서, 상기 배터리 수용 하우징의 바닥의 양 가장자리로부터 마주하는 양 측벽을 따라 위치되는, 배터리 모듈의 다중 적층 구조에 냉각 도구를 구비하는 배터리 팩.












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