KR20230163650A - 전동지게차 탑재형 납축배터리 충전장치 - Google Patents

전동지게차 탑재형 납축배터리 충전장치 Download PDF

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KR20230163650A
KR20230163650A KR1020220063186A KR20220063186A KR20230163650A KR 20230163650 A KR20230163650 A KR 20230163650A KR 1020220063186 A KR1020220063186 A KR 1020220063186A KR 20220063186 A KR20220063186 A KR 20220063186A KR 20230163650 A KR20230163650 A KR 20230163650A
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charger
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electric forklift
acid battery
lead
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홍찬영
나정덕
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삼호중장비산업 주식회사
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Abstract

본 발명은 전동지게차 탑재형 납축배터리 충전장치에 관한 것으로, 전동지게차에 탑재된 납축배터리를 충전시키는 충전기; 상기 충전기를 상기 전동지게차에 탑재시키는 탑재부; 및 상기 충전기를 상기 탑재부에 체결해 고정시키고, 상기 탑재부를 상기 전동지게차에 체결시켜 고정시키는 체결부;를 포함하되, 상기 체결부는 진동 및 충격을 흡수하는 러버마운트를 포함한다.

Description

전동지게차 탑재형 납축배터리 충전장치{Electric forklift mounted lead-acid battery charging device}
본 발명은 전동지게차 탑재형 납축배터리 충전장치에 관한 것이다.
일반적으로, 전동지게차용 납축배터리 충전기는 무겁고 부피가 크기 때문에 충전기를 전원연결이 가능한 특정한 공간에 설치해 두고, 납축배터리의 충전이 필요할 때에 전동지게차가 충전기가 설치된 충전장소로 직접 이동하여 충전을 하는 방식으로 운영이 되고 있다.
이에 전동지게차 작업장소와 충전기가 설치된 충전장소가 서로 달라 납축배터리를 충전하기 위해 충전기가 설치된 충전장소 이동을 해야 하는 문제점이 있다.
또한, 충전장소에 설치된 충전기 보다 많은 전동지게차가 충전이 필요할 시 다른 전동지게차의 충전이 끝날 때까지 대기해야 하므로 시간이 낭비되는 문제점이 있다.
일본 등록특허 제5749357호(2015.05.22. 등록)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 충전기를 전동지게차에 탑재해 장소에 상관없이 전원이 있는 곳이면 어디서든 충전할 수 있는 전동지게차 탑재형 납축배터리 충전장치를 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 전동지게차의 진동 및 충격을 흡수해 전동지게차에 탑재된 충전기의 내구성을 확보할 수 있는 전동지게차 탑재형 납축배터리 충전장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 바람직한
일 측면에 따르면, 전동지게차에 탑재된 납축배터리를 충전시키는 충전기; 상기 충전기를 상기 전동지게차에 탑재시키는 탑재부; 및 상기 충전기를 상기 탑재부에 체결해 고정시키고, 상기 탑재부를 상기 전동지게차에 체결시켜 고정시키는 체결부;를 포함하되, 상기 체결부는 진동 및 충격을 흡수하는 러버마운트를 포함하는 전동지게차 탑재형 납축배터리 충전장치를 제공할 수 있다.
여기서, 상기 충전기는, 입력 전원을 스위칭하는 Sic-MOSFET; 공진주파수를 형성하는 공진 커패시터; 및 상기 공진 커패시터와 공진주파수를 형성하고, 고전압을 저전압으로 변경하는 공진 트랜스;를 포함하되, 상기 공진 트랜스의 권선사양은 상기 공진주파수가 전동지게차용 납축배터리 충전기의 동작주파수 보다 적게 되도록 설계된 회로를 가질 수 있다.
여기서, 상기 충전기는, 상기 체결부가 삽입되는 충전기 브라켓이 일체로 형성되어 있을 수 있다.
여기서, 상기 러버마운트 두께는, 상기 충전기의 용량에 따라 상이할 수 있다.
본 발명은 전동지게차를 장소에 상관없이 전원이 있는 곳이면 어디서든 충전할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 전동지게차의 진동 및 충격을 흡수해 전동지게차에 탑재된 충전기의 내구성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동지게차 탑재형 납축배터리 충전장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전기의 구성도이다.
도 3은 도 1의 A를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1의 B를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 탑재부의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전기의 상세 회로도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나, 또는 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어' 있다거나, '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, '포함한다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동지게차 탑재형 납축배터리 충전장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 충전기의 구성도이다.
도 3은 도 1의 A를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1의 B를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 탑재부의 구성도이다.
도 1 내지 5를 참조하면, 전동지게차 탑재형 납축배터리 충전장치(10)는 충전기(100), 탑재부(200) 및 체결부(300)를 포함한다.
충전기(100)는 전동지게차에 탑재된 납축배터리를 충전시킨다.
또한, 충전기(100)는 탑재부(200)의 탑재 브라켓(210)에 체결부(300)를 통해 체결되어 고정되며, 체결부(300)를 통해 탑재부(200)의 탑재 브라켓(210)에 고정된 상태로 전동지게차의 오버헤드 가드(1) 실내에 탑재된다. 여기서, 충전기(100)가 전동지게차의 오버헤드 가드(1) 실내에 탑재되는 위치는 운전자 공간과 겹치지 않는 운전자 공간과 이격된 공간일 수 있다.
충전기(100)는 충전기 본체(110) 및 충전기 브라켓(120)을 포함한다.
충전기 본체(110)는 Sic-MOSFET이 적용되어 경량화된 것으로, 전동지게차에 탑재된 납축배터리를 충전시킨다.
충전기 브라켓(120)은 충전기 본체(110)의 외측면 양단에 쌍으로 일체형으로 형성되며, 충전기 브라켓(120)에는 체결부(300)가 삽입되는 삽입홈이 형성되어 있다. 이에 충전기 브라켓(120)의 삽입홈으로 체결부(300)가 삽입되어 충전기 본체(110)가 탑재부(200)의 탑재 브라켓(210)에 체결되어 고정된다.
탑재부(200)는 탑재 브라켓(210), 충전기 브라켓 홀(220) 및 탑재 홀(230)을 포함한다.
탑재 브라켓(210)은 가운데 일부 내부가 뚫려 있어 충전기(100)를 수용하며, 충전기(100)를 수용하는 곳의 일부 양측이 뚫려 있는 부분으로 돌출되어 있다. 또한, 탑재 브라켓(210)의 돌출된 곳은 끝부분이 충전기(100)를 수용한 곳과 반대로 절곡되어 있어, 이부분이 전동지게차의 오버헤드 가드(1)에 체결부(300)에 의해 체결된다.
충전기 브라켓 홀(220)은 탑재 브라켓(210)의 뚫린 부분의 반대편에 충전기 브라켓(120)에 형성된 삽입홈 위치와 상응한 곳에 형성되어 체결부(300)가 삽입된다. 여기서, 도 5에서는 충전기 브라켓 홀(220)이 4개인 것으로 도시되어 있으나 이는 설계에 따라 달라질 수 있다.
탑재 홀(230)은 탑재 브라켓(210) 양쪽 절곡된 부분에 각각 형성되어 체결부(300)가 삽입된다. 여기서, 도 5에서는 탑재 홀(230)이 양쪽에 2개씩 총 4개인 것으로 도시되어 있으나 이는 설계에 따라 달라질 수 있다.
체결부(300)는 볼트(310), 러버마운트 와셔(320), 러버마운트(330), 더블너트(340) 및 너트(350)를 포함한다.
볼트(310)는 충전기 브라켓 홀(220) 및 충전기 브라켓(120)에 형성된 삽입홈에 삽입되어 더블너트(340)와 결합되어 충전기(100)를 탑재부(200)의 탑재 브라켓(210)에 체결해 고정시킨다.
또한, 볼트(310)는 탑재 홀(230) 및 전동지게차의 오버헤드 가드(1)에 삽입되어 너트(350)와 결합되어 탑재부(200)의 탑재 브라켓(210)을 전동지게차의 오버헤드 가드(1)에 체결해 고정시킨다.
러버마운트 와셔(320)는 볼트(310)에 삽입되어 결합되어, 충전기(100)와 탑재 브라켓(210)의 체결 효과를 좋게 한다. 여기서, 러버마운트 와셔(320)는 볼트(310)의 헤드와 탑재 브라켓(210)과 볼트(310)의 헤드 사이에 결합되는 러버마운트(330) 사이에 삽입된다.
러버마운트(330)는 전동지게차에 탑재된 충전기(100)가 전동지게차 가동시 발생되는 진동 및 충격을 흡수하여 충전기(100)의 내구성을 보장한다. 여기서, 러버마운트(330)는 러버마운트 와셔(320)와 탑재 브라켓(210) 사이, 탑재 브라켓(210)과 충전기 브라켓(120) 사이에 각각 삽입된다.
또한, 러버마운트(330)는 충전기(100)를 이용해 전동지체차에 탑재된 납축배터리를 충전할 때, 충전기(100)에서 발생하는 진동을 흡수해 충전기 브라켓(120)과 탑재 브라켓(210) 및 탑재 브라켓(210)과 전동지게차의 오버헤드 가드(1)의 체결이 약해지는 것을 방지한다.
러버마운트(330) 두께는, 충전기(100)의 용량에 따라 상이하다. 구체적으로, 충전기(100)의 용량이 클수록 충전기(100)의 크기 또는 무게가 커지고 충전기(100) 작동 시 발생하는 진동 크기가 커지기 때문으로, 충전기(100)의 용량이 클수록 러버마운트(330)의 두께는 더 두껍다.
통상 사용되는 전동지게차 납축배터리 충전기의 용량은 3.5kw로, 충전기(100)의 용량이 3.5kw일 때 러버마운트(330)의 두께는 1cm 이상이다. 이는 아래 [실험예]를 통해 설명하도록 한다.
[실험예 1]
두께 1
개월 후		 2
개월 후		 3
개월 후		 4
개월 후		 5
개월 후		 6
개월 후		 7
개월 후		 8
개월 후		 9
개월 후		 10
개월 후		 11
개월 후		 12
개월 후
0.5
cm		 변화없음 변화없음 변화없음 충전기 고장 - - - - - - - -
0.7
cm		 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 충전기 고장 - - - - - -
0.9
cm		 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 충전기 고장 - - -
1.0
cm		 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음
1.2
cm		 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음
실험예 1 실험은 용량이 3.5kw 충전기(100)를 전동지게차의 오버헤드 가드(1)에 체결하여 탑재한 상태에서, 전동지게차를 하루 8시간씩 한달에 20일 사용한 공통적인 조건에서 러버마운트(330)의 두께만 달리 한 환경에서 진행했다.
실험예 1을 참조하면, 러버마운트(330)의 두께가 0.5cm의 경우 4개월 후 전동지게차의 진동 및 충격에 의해 충전기(100)가 고장 났으며, 두께가 0.7cm의 경우 6개월 후, 0.9cm의 경우 9개월 후 고장인 난 것을 확인할 수 있다.
반면, 러버마운트(330)의 두께가 1.0cm 및 1.2cm의 경우 1년이 지나도 충전기(100)가 고장이 나지 않은 것을 확인할 수 있어, 용량이 5kw 충전기(100)의 경우 러버마운트(330)의 두께는 1cm 이상이 되어야 1년 이상 충전기(100)의 고장 없이 사용할 수 있다.
[실험예 2]
두께 1
개월 후		 2
개월 후		 3
개월 후		 4
개월 후		 5
개월 후		 6
개월 후		 7
개월 후		 8
개월 후		 9
개월 후		 10
개월 후		 11
개월 후		 12
개월 후
0.5
cm		 변화없음 변화없음 충전기 고장 - - - - - - - - -
0.7
cm		 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 충전기 고장 - - - - - - -
0.9
cm		 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 충전기 고장 - - - - -
1.0
cm		 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 충전기 고장 - -
1.4
cm		 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 충전기 고장 -
1.5
cm		 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음
1.7
cm		 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음 변화없음
실험예 2 실험은 용량이 5kw 충전기(100)를 전동지게차의 오버헤드 가드(1)에 체결하여 탑재한 상태에서, 전동지게차를 하루 8시간씩 한달에 20일 사용한 공통적인 조건에서 러버마운트(330)의 두께만 달리 한 환경에서 진행했다.
실험예 2를 참조하면, 러버마운트(330)의 두께가 0.5cm의 경우 3개월 후 전동지게차의 진동 및 충격에 의해 충전기(100)가 고장 났으며, 두께가 0.7cm의 경우 5개월 후, 0.9cm의 경우 7개월 후, 1.0cm의 경우 10개월 후, 1.4cm의 경우 11개월 후 고장인 난 것을 확인할 수 있다.
반면, 러버마운트(330)의 두께가 1.5cm 및 1.7cm의 경우 1년이 지나도 충전기(100)가 고장이 나지 않은 것을 확인할 수 있어, 용량이 5kw 충전기(100) 경우 러버마운트(330)의 두께는 1.5cm 이상이 되어야 1년 이상 충전기(100)의 고장 없이 사용할 수 있다.
더블너트(340)는 충전기 브라켓 홀(220) 및 충전기 브라켓(120)에 형성된 삽입홈에 삽입된 볼트(310)와 결합해 이중으로 조여 전동지게차의 진동 및 충격과 충전기(100)의 작동 시 진동 중 적어도 어느 하나에 의해 볼트(310)와 더블너트(340)의 결합이 허거워 지는 것을 방지할 수 있다. 여기서, 더블너트(340)와 러브마운트 와셔(320)로 인해 전동지게차의 진동 및 충격과 충전기(100)의 작동 시 진동에 의해 볼트(310)와 더블너트(340)의 결합이 허거워 지는 것을 방지해 충전기(100)가 탑재부(200)에서 전동지게차의 진동 및 충격과 충전기(100)의 작동 시 진동 중 적어도 어느 하나에 의해 분리되는 것을 방지할 수 있다.
너트(350)는 탑재 홀(230) 및 전동지게차의 오버헤드 가드(1)에 삽입된 볼트(310)와 결합해 탑재부를 전동지게차의 오버헤드 가드(1)에 고정시킨다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 충전기의 상세 회로도이다.
도 6을 참조하면, 충전기(100) 회로는, 보다 자세하게는 충전기 본체(110) 회로는 Sic-MOSFET(111), 공진 커패시터(112), 공진 트랜스(113), 센싱용 저항(114), 평할 커패시터(115) 및 보조 트랜스(116)를 포함한다.
Sic-MOSFET(111)은 입력 전원을 스위칭하며, Hi-side MOSFET(111-1) 및 low-side MOSFET(111-2)을 포함한다. 여기서, 입력 전원은 PFC(미도시)를 통해 고주파로 증폭된 전원일 수 있으며, Hi-side MOSFET(111-1) 및 low-side MOSFET(111-2)의 각각의 게이트(gate)에는 FET gate driver 역할로 신호 공급을 원활하게 하는 저항이 연결되어 있을 수 있다.
Hi-side MOSFET(111-1)는 입력 전원에 대해 스위칭한다. low-side MOSFET(111-2)은 그라운드 전원에 대해 스위칭한다.
공진 커패시터(112)는 Sic-MOSFET(1101)과 연결되어 Sic-MOSFET(111)에서 스위칭된 전원을 입력받아, 공진 트랜스(113)와 공진회로를 구성하여 공진주파수를 형성한다.
구체적으로, 공진 커패시터(112)는 캐패시터값 증가 및 내전압 유지를 위해 복수개가 Sic-MOSFET(111)과 연결된다. 도 6에서는 공진 커패시터(112) 2개가 병렬로 Sic-MOSFET(111)와 연결된 것으로 도시되어 있지만, 공진 커패시터(112)는 직렬로 Sic-MOSFET(111)와 연결될 수 있으며, 공진 커패시터(112)는 2개 이상일 수 있다.
공진 트랜스(113)는 공진 커패시터(112)와 공진주파수를 형성하고, 고전압을 저전압으로 변경하여 후단의 평활 회로(미도시)에 공급하면, 평활 회로가 저전압의 전원을 직류로 평활하여 납축배터리에 공급한다.
이때, 공진 트랜스(113)의 권선굵기, 가닥수 및 턴수 등과 같은 권선사양은 공진주파수가 전동지게차용 납축배터리 충전기의 동작주파수 보다 적게 되도록 설계된다. 구체적으로, 통상 전동지게차용 납축배터리 충전기의 동작주파수는 51.8Khz 부터 144.6Khz 까지 이므로, 공진 커패시터(112)와 공진 트랜스(130)에 의한 공진 주파수는 전동지게차용 납축배터리 충전기의 동작주파수 보다 적은 48Khz가 되도록 설계되어야 전동지게차용 납축배터리 충전기의 충전효율이 높아 전동지게차의 배터리를 빠르게 충전할 수 있을 뿐 아니라 Sic-MOSFET(111)의 내구성을 높일 수 있다.
공진 커패시터(112)와 공진 트랜스(113)에 의한 공진 주파수를 전동지게차용 납축배터리 충전기의 동작주파수 보다 적게 설계하기 위해서는, 공진주파수가 공진 트랜스(113)의 코일 인덕턴스 및 커패시터의 루트값에 반비례하는 공지된 공진주파수 계산식에 따라, 공진 커패시터(112)의 커패시터 값 또는 공진 트랜스(113)의 코일 인덕턴스의 값을 크게 설계해야 한다.
본 발명에 따른충전기(100) 회로는, 보다 자세하게는 충전기 본체(110) 회로는 공진 커패시터(112)의 커패시터를 복수개 사용하여 1개 사용하는 종래보다 커패시터값이 증가하였기 때문에, 공진 트랜스(113)의 코일 인덕턴스값을 상대적으로 낮게 할 수 있어 공진 트랜스(113)의 권선굵기, 가닥수 및 턴수 등과 같은 권선사양을 종래보다 줄여 충전기(100)를 경량화할 수 있다.
센싱용 저항(114)은 공진형 트랜스(113)와 연결되어, 전압전류를 센싱한다.
평할 커패시터(115)는 입력 전원을 직류로 변환한다.
보조 트랜스(116)는 평할 커패시터(115) 및 공진형 트랜스(113)와 연결되어 평할 커패시터(115)에 의해 직류로 변환한 전원을 공진형 트랜스(113)를 구동하는 IC에 공급한다. 구제적으로, 보조 트랜스(116)는 센싱용 저항(114)이 센싱한 공진형 트랜스(113)의 전압전류 값에 따라 공진형 트랜스(113)를 구동하는 IC에 공급이 제어될 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시 예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명의 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 다음의 청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
100 : 충전기 200 : 탑재부
300 : 체결부

Claims (4)

  1. 전동지게차에 탑재된 납축배터리를 충전시키는 충전기;
    상기 충전기를 상기 전동지게차에 탑재시키는 탑재부; 및
    상기 충전기를 상기 탑재부에 체결해 고정시키고, 상기 탑재부를 상기 전동지게차에 체결시켜 고정시키는 체결부;를 포함하되,
    상기 체결부는 진동 및 충격을 흡수하는 러버마운트를 포함하는 것
    을 특징으로 하는 전동지게차 탑재형 납축배터리 충전장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 충전기는,
    입력 전원을 스위칭하는 Sic-MOSFET;
    공진주파수를 형성하는 공진 커패시터; 및
    상기 공진 커패시터와 공진주파수를 형성하고, 고전압을 저전압으로 변경하는 공진 트랜스;를 포함하되,
    상기 공진 트랜스의 권선사양은 상기 공진주파수가 전동지게차용 납축배터리 충전기의 동작주파수 보다 적게 되도록 설계된 회로를 가지는 것
    을 특징으로 하는 전동지게차 탑재형 납축배터리 충전장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 충전기는,
    상기 체결부가 삽입되는 충전기 브라켓이 일체로 형성되어 있는 것
    을 특징으로 하는 전동지게차 탑재형 납축배터리 충전장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 러버마운트 두께는, 상기 충전기의 용량에 따라 상이한 것
    을 특징으로 하는 전동지게차 탑재형 납축배터리 충전장치.
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