WO2021137634A1 - 전력 저장 장치 및 전력 저장 시스템 - Google Patents

전력 저장 장치 및 전력 저장 시스템 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a power storage device and a power storage system, and more particularly, to a power storage device and a power storage system having improved cooling efficiency and an improved refrigerant supply capability.
  • lithium secondary batteries have almost no memory effect compared to nickel-based secondary batteries, so charging and discharging are free, The self-discharge rate is very low and the energy density is high, attracting attention.
  • Such a lithium secondary battery mainly uses a lithium-based oxide and a carbon material as a positive electrode active material and a negative electrode active material, respectively.
  • a lithium secondary battery includes an electrode assembly in which a positive electrode plate and a negative electrode plate to which the positive electrode active material and the negative electrode active material are applied, respectively, are disposed with a separator interposed therebetween, and a casing for sealing and housing the electrode assembly together with an electrolyte, that is, a battery pouch casing.
  • secondary batteries have been widely used not only in small devices such as portable electronic devices, but also in medium and large devices such as automobiles and power storage devices.
  • a large number of secondary batteries are electrically connected to increase capacity and output.
  • a pouch-type secondary battery is widely used in such a medium-large device due to the advantage of easy stacking.
  • a conventional general air conditioning method in a battery system is a method of cooling the surface of the battery pack while supplying cold cooling air to the upper portion or lower portion of the container wall.
  • this air conditioning method has a problem in that the temperature deviation between the plurality of battery packs tends to increase depending on the operating conditions (weather, charge/discharge pattern, and air conditioning method) of the power storage device. Accordingly, among a plurality of battery packs, deterioration of a battery pack having an increased temperature occurs and a lifespan thereof is shortened, thereby increasing the maintenance cost of the power storage device.
  • an object of the present invention is to provide a power storage device and a power storage system having improved cooling efficiency and an improved refrigerant supply capacity.
  • At least one or more battery racks having at least two or more battery packs
  • a container accommodating the at least one or more battery racks
  • At least two or more ejection units each having a nozzle having a discharge port through which the refrigerant is discharged and configured to individually change the discharge direction of the refrigerant toward any one of the at least two or more battery packs and individually increase/decrease the discharge amount of the refrigerant and a refrigerant supply unit having a control unit configured to adjust the refrigerant discharge direction and the refrigerant discharge amount of each of the at least two or more ejection units, and an air conditioner having a refrigerant suction unit configured to suck the refrigerant heated inside the container.
  • control unit is
  • the wind direction of each of the two or more blowout units may be adjustable so that the refrigerant is concentrated only in some battery packs exhibiting a relatively higher temperature among the at least two or more battery packs.
  • control unit controls the control unit
  • the discharge amount of the ejection unit discharged toward the battery pack exhibiting a relatively higher temperature may be adjusted to be greater than that of the remaining ejection units.
  • the refrigerant supply unit includes an air supply duct having a moving passage through which the refrigerant can be moved to the extraction unit,
  • the refrigerant suction unit may include a suction port for re-suctioning the heated refrigerant inside the container and a suction duct extending to move the suctioned refrigerant to the outside of the container.
  • a fixing member fixed to the air supply duct and having an inlet to communicate with the inside of the air supply duct;
  • a body portion coupled to the fixing member and having a curved surface so as to be rotatable in the coupled state
  • an ejection nozzle unit having an end of the body portion opened to discharge the refrigerant to form a discharge port
  • a shutter configured to be movable so as to cover at least a portion of the discharge port of the blowing nozzle unit may be provided.
  • An extension pipe configured to have a variable length in the discharge direction according to a position of any one of the at least two or more battery packs may be provided.
  • a guide member having an inclined wall protruding outward based on a position of the battery pack may be provided in a peripheral portion on which the battery pack is mounted to guide the refrigerant from moving to the battery pack.
  • the guide member may be connected in a hinge structure so that the degree of protrusion of the inclined wall to the outside based on the position of the battery pack can be changed.
  • the guide member may be provided with a conductive portion made of a thermally conductive material and configured to extend in the inner direction of the battery rack from the inner end of the inclined wall.
  • the suction duct may be configured such that at least a portion of the suction port is moved so that the position of the suction port is movable.
  • the power storage system according to the present invention for achieving the above object includes at least two or more of the power storage device.
  • the present invention provides at least two or more ejection units configured to enable individual switching of a discharge direction of a refrigerant and an individual increase/decrease of a discharge amount of a refrigerant toward any one of at least two or more battery packs, and at least two
  • a refrigerant supply unit having a control unit configured to adjust the refrigerant discharge direction and refrigerant discharge amount of each of the above ejection units, more refrigerant can be brought into contact with a specific battery pack requiring intensive cooling among a plurality of battery packs.
  • the present invention provides the control unit with a wind direction of each of the two or more blowout units so that the refrigerant is concentrated only to some battery packs exhibiting a relatively higher temperature among at least two or more battery packs.
  • point cooling can be performed on a specific battery pack having a relatively higher temperature than the rest of the battery pack. That is, the present invention can rapidly cool only some specific battery packs that need to be intensively cooled among a plurality of battery packs, thereby reducing the temperature difference between the battery packs and also reducing the deterioration of the battery pack due to rapid cooling. can be effectively prevented.
  • the take-out unit of the present invention is a fixed member fixed to the air supply duct and having an inlet to communicate with the inside of the air supply duct, and is coupled to the fixed member and has a curved surface so as to be rotatable in the coupled state.
  • the battery rack is a guide member having an inclined wall protruding outward based on the position of the battery pack to guide the refrigerant to move to the battery pack in the receiving part on which the battery pack is mounted.
  • the present invention by configuring the suction duct so that the position of the suction port is movable, it can be controlled so that the refrigerant is concentrated in the battery rack that requires more cooling, among a plurality of battery racks . Accordingly, it is possible to effectively reduce the temperature deviation between the plurality of battery racks. Ultimately, it can effectively increase the service life of the power storage device.
  • FIG. 2 is a perspective view schematically illustrating the appearance of some components of a power storage device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view schematically illustrating a battery pack as a part of the power storage device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating internal configurations of an air conditioner of a power storage device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a partial perspective view schematically illustrating a state of an extraction unit, which is a part of a power storage device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a partial perspective view schematically illustrating a state of an extraction unit that is a part of a power storage device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a partial perspective view schematically showing a battery rack according to another embodiment of the present invention.
  • FIG 8 and 9 are perspective views schematically showing the appearance of some components of the battery rack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a perspective view schematically illustrating an internal appearance of a power storage device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a perspective view schematically illustrating the appearance of some components of a power storage device according to Comparative Example 1 of the present invention.
  • Example 13 is a table showing the simulation analysis results of Example 1 of the experimental example of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically illustrating a power storage device according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a perspective view schematically illustrating the appearance of some components of a power storage device according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is a perspective view schematically illustrating a state in which a battery pack, which is a part of a power storage device, is discharged according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram illustrating internal configurations of an air conditioner of a power storage device according to an embodiment of the present invention.
  • the power storage device 400 of the present invention includes at least one battery rack 300 , a container 410 accommodating the battery rack 300 , and an air conditioner 420 . can do.
  • the battery rack 300 a plurality of battery packs 200 arranged in one column in the vertical direction, and a rack case 310 for accommodating them.
  • the battery rack 300 of the present invention defines a plurality of battery packs 200 arranged in one column in the vertical direction mounted on the receiving part 312 of the rack case 310 as one battery rack 300 . do.
  • one rack case 310 may be provided with a plurality of battery racks (300).
  • the secondary battery may be a pouch-type secondary battery.
  • a pouch-type secondary battery may include an electrode assembly (not shown), an electrolyte (not shown), and a pouch.
  • Each of the secondary batteries may be disposed in a form substantially perpendicular to the ground so that two wide surfaces are positioned in the front and rear directions, respectively, and sealing parts are positioned in the upper, lower, left, and right directions.
  • each secondary battery may be configured in a vertical direction.
  • the up, down, front, rear, left, and right directions when viewed in the F direction as a reference.
  • the pouch may be configured as a pouch in which a concave accommodating part is formed.
  • the electrode assembly and the electrolyte may be accommodated in the accommodating part.
  • each pouch includes an outer insulating layer, a metal layer, and an inner adhesive layer, and the inner adhesive layer is adhered to each other on the edge of the pouch, thereby forming a sealing portion.
  • terraces may be formed at the ends of the secondary battery in the left and right directions on which the positive lead and the negative lead are formed.
  • the electrode assembly is an assembly of an electrode plate and a separator coated with an electrode active material, and may be configured in a form in which one or more positive electrode plates and one or more negative electrode plates are disposed with a separator interposed therebetween.
  • a positive electrode tab is provided on the positive electrode plate of the electrode assembly, and one or more positive electrode tabs may be connected to the positive electrode lead.
  • the battery pack 200 may include at least one bus bar (not shown) configured to electrically interconnect the plurality of secondary batteries.
  • the bus bar may include a conductive metal, for example, copper, aluminum, nickel, or the like.
  • the rack case 310 may include a accommodating part 312 having an open storage space at one side to accommodate and store each of the plurality of battery packs 200 .
  • the plurality of accommodating parts 312 may be configured such that the plurality of battery packs 200 are mounted in the vertical direction.
  • the accommodating part 312 may be configured such that the plurality of battery packs 200 are spaced apart from each other at a predetermined interval.
  • a shelf frame (not shown) configured to mount the battery pack 200 thereon may be provided in each of the plurality of accommodation units 312 .
  • the shelf frame may have a plate shape extending in a direction (horizontal direction) perpendicular to the outer wall extending in the vertical direction of the rack case 310 .
  • the battery pack 200 may include a temperature sensor 270 and a pack BMS 230 .
  • the temperature sensor 270 may be configured to measure an internal temperature of the battery pack 200 .
  • the temperature sensor 270 may be connected to a sensing wire 271 to communicate with the pack BMS 230 .
  • the temperature sensor 270 may be connected to a control unit ( FIGS. 4 and 424 ) to be described later through a sensing wire.
  • the pack BMS 230 may be configured to transmit the temperature information of the temperature sensor 270 through wireless communication.
  • the pack BMS 230 may include an NFC wireless communication unit, a Bluetooth wireless communication unit, or an RFID wireless communication unit.
  • the pack BMS 230 may be configured to wirelessly communicate with a rack BMS (not shown).
  • the pack BMS 230 may receive the internal temperature information of the battery pack 200 from the temperature sensor 270 and transmit the temperature information to the rack BMS in a wireless communication method.
  • the pack BMS 230 may receive internal temperature information of the battery pack 200 from the temperature sensor 270 and transmit the temperature information to a control unit ( FIGS. 4 and 424 ) to be described later in a wireless communication method.
  • the rack case 310 may include a rack BMS (not shown) configured to enable wireless communication with the pack BMS 230 .
  • the rack BMS may include a receiver unit (not shown) for radio signals configured to receive temperature information from the pack BMS 230 .
  • the rack BMS may receive information such as current and voltage from the pack BMS 230 .
  • the container 410 may have an internal space to accommodate the at least one or more battery rack (300).
  • the container 410 may have an outer wall to form the exterior of the power storage device 400 .
  • the container 410 may be a general type container 410 capable of storing items therein. Accordingly, a description of the specific configurations of the container will be omitted herein.
  • the air conditioner 420 may control supply and discharge of refrigerant through the temperature sensor 270 and the control unit 424 .
  • the air conditioner 420 may control supply and discharge of refrigerant (not shown) based on the temperature of the battery pack 200 measured through the temperature sensor 270 .
  • refrigerant eg, cooled air
  • the temperature of the refrigerant rises, and the temperature rises again by being sucked into the air conditioner 420 and discharged. .
  • the air conditioner 420 may include a refrigerant supply unit 421 and a refrigerant suction unit 426 . More specifically, the refrigerant supply unit 421 may include an air supply duct 425 , at least two blowout units 422 , and a control unit 424 .
  • the air supply duct 425 may be configured to move a refrigerant having a temperature lower than that of the battery pack 200 to the ejection unit 422 .
  • the air supply duct 425 may have a passage through which the refrigerant moves.
  • the air supply duct 425 may be configured to be connected to an external heat exchange device (not shown) configured to cool the heated refrigerant. That is, the air supply duct 425 may extend from the heat exchange device to pass through the outer wall of the container 410 .
  • FIG. 5 is a partial perspective view schematically illustrating a state of an extraction unit, which is a part of a power storage device according to an embodiment of the present invention.
  • the blowing unit 422 may include a nozzle having a discharge port K1 through which a refrigerant is discharged, respectively.
  • the nozzle may have a discharge port K1 protruding in the discharge direction so that most of the discharged refrigerant moves in one direction.
  • the ejection unit 422 may discharge the refrigerant toward any one of the at least two battery packs 200 .
  • each of the at least two discharging units 422 may be configured to individually change the discharge direction of the refrigerant and individually increase/decrease the discharge amount of the refrigerant.
  • control unit 424 may be configured to adjust the refrigerant discharge direction and the refrigerant discharge amount of each of the at least two discharging units 422 .
  • control unit 424 may control to increase or decrease the opening degree of the discharge port K1 of the discharging unit 422 .
  • control unit 424 may move the nozzle of the ejection unit 422 toward any one of the at least two battery packs 200 .
  • the refrigerant suction unit 426 may be configured to suck the thus-heated refrigerant.
  • the refrigerant suction unit 426 may include a suction duct 428 and a suction port K2 formed in the suction duct 428 . It is not necessarily limited to only the structural features of the suction duct 428 shown in FIG. 2 , and if necessary, the suction duct 428 may be configured to extend to the inner space of the container 410 .
  • the air conditioner 420 may be configured to be connected to an external heat exchange device (not shown). That is, the air conditioner 420 may receive the cooled refrigerant from the heat exchange device or may transmit the heated refrigerant. The heat exchange device may lower the temperature of the refrigerant by condensing or dissipating the heated refrigerant received from the air conditioner 420 .
  • each of the at least two ejection units 422 discharges a refrigerant to the battery pack 200 exhibiting the highest temperature to rapidly cool the high temperature battery pack 200 .
  • the temperature deviation of at least two or more battery packs 200 accommodated in the battery rack 300 it is possible to prevent a decrease in the service life of the battery pack 200 due to deterioration.
  • the control unit 424 of the air conditioner 420 operates the blower 423 to supply the refrigerant from the external heat exchange device to the air supply duct 425 .
  • the control unit 424 may receive the temperature information of the battery pack 200 from the temperature sensor 270 attached to the battery pack 200 and determine whether to operate the blower 423 .
  • control unit 424 controls each of the two or more blowout units 422 so that the refrigerant is concentrated only in some battery packs 200 exhibiting a relatively higher temperature among the at least two or more battery packs 200 . It may be configured to adjust the wind direction. For example, when the control unit 424 receives a temperature value equal to or higher than a reference value from the temperature sensor 270 provided in each of the at least two battery packs 200, the battery pack 200 exceeding the reference value ), by adjusting the discharge directions of the two or more blowing units 422 , the refrigerant may be concentrated only in some battery packs 200 exhibiting a high temperature.
  • the refrigerant is concentrated only in some battery packs 200 exhibiting a relatively higher temperature among the at least two or more battery packs 200 by using the control unit 424 .
  • the wind direction of each of the two or more blowing units 422 is adjustable as possible, spot cooling can be performed on a specific battery pack 200 having a relatively higher temperature than the other battery packs 200 . . That is, according to the present invention, only some specific battery packs 200 requiring intensive cooling can be rapidly cooled among the plurality of battery packs 200 , so that temperature deviation between the battery packs 200 can be reduced as well as rapid cooling. It is possible to effectively prevent deterioration of the battery pack 200 by cooling.
  • control unit 424 is configured to determine that the discharge amount of the discharging unit 422 discharging toward the battery pack 200 exhibiting a relatively higher temperature among the at least two or more battery packs 200 is the remaining discharging unit 422 . ) can be adjusted to be greater than the discharge amount.
  • the control unit 424 when the control unit 424 receives a temperature value greater than or equal to a reference value from the temperature sensor 270 provided in each of the at least two or more battery packs 200, the battery pack ( 200 , the amount of refrigerant supplied to some battery packs 200 exhibiting a high temperature may be increased by adjusting the discharge amount of the two or more extraction units 422 .
  • the suction duct 428 of the refrigerant suction unit 426 has a moving space that can move the refrigerant inside the container 410 to the outside of the container 410 , and the container It may have a form extending to the outside of 410 .
  • the suction duct 428 may be provided with a suction port K2 configured to suck the heated refrigerant again.
  • the ejection unit 422 may include a fixing member 422a, a body portion 422b, an ejection nozzle portion 422c, and a shutter 422d. have.
  • the fixing member 422a may be fixed to the air supply duct 425 in a movable form. That is, the fixing member 422a may be formed in a portion of the air supply duct 425 where the blowing unit 422 needs to be formed. In addition, the fixing member 422a may be bolted or male and female coupled to the outer wall of the air supply duct 425 to be detachable when necessary.
  • the fixing member 422a may have a ring shape.
  • the fixing member (422a) may be configured to be coupled to the edge portion (425a) of the opening formed in the air supply duct (425).
  • the fixing member 422a may have an inlet to communicate with the opening of the air supply duct 425 .
  • the body portion 422b may be configured to be coupled to the fixing member 422a in a movable form.
  • the body portion 422b may have a curved surface so as to be rotatably coupled to the fixing member 422a.
  • the body portion 422b may be configured to be rotatable in an angle of 0 degrees to 100 degrees in a rotation range.
  • the body portion 422b may have a shape in which one end is inserted into the air supply duct 425 and the other end protrudes to the outside of the air supply duct 425 .
  • the ejection nozzle part 422c may be rotationally moved under the control of the control unit 424 .
  • a plurality of servo motors (not shown) provided with the rubber roller or belt may be provided in the ejection nozzle unit 422c.
  • the servo motor may transmit the rotational force of the motor to the body portion 422b through the rubber roller or belt so that the body portion 422b rotates. Accordingly, as the servo motor rotates, the body portion 422b of the ejection nozzle portion 422c may rotate. In addition, the servo motor may be rotated by receiving power from the control unit 424 . More specifically, the rotation shaft of the servo motor is connected to the rotation shaft of the rubber roller, and according to the rotation of the servo motor, the rubber roller may press the outer surface of the body portion 422b. And, the body portion 422b may be rotated by the force transmitted by the rubber roller.
  • the ejection nozzle portion 422c may be formed in a form in which an end of the body portion 422b is opened so that the refrigerant is discharged.
  • the ejection nozzle portion 422c may have a discharge port K1 communicating with the opening of the air supply duct 425 of the body portion 422b.
  • a lip 422c1 protruding to the outside may be provided at a peripheral portion of the discharge port K1 of the discharge nozzle unit 422c to guide the discharge direction of the discharged refrigerant.
  • the shutter 422d may be a member configured to be movable so as to cover at least a portion of the discharge port K1 of the blowing nozzle unit 422c. That is, the shutter 422d may be a damper that adjusts the degree of opening/closing of the discharge port K1 of the blowing nozzle unit 422c.
  • the shutter 422d may be controlled by the control unit 424 .
  • the shutter 422d may open an opening degree of the discharge port K1 of the discharge nozzle unit 422c to 1% to 100% in order to increase the amount of refrigerant discharged from the discharge nozzle unit 422c.
  • the shutter 422d changes the opening degree of the discharge port K1 of the discharge nozzle unit 422c from 100% to 0% in order to reduce the amount of refrigerant discharged from the discharge nozzle unit 422c.
  • the “opening degree” means the ratio of the opening area among the total size of the opening.
  • the shutter 422d may be located inside the body 422b.
  • the shutter 422d may have a curved surface to slide along the inner surface of the body 422b.
  • the ejection unit 422 may be provided with a moving screw 422d1 capable of moving the position of the shutter 422d. That is, the shutter 422d may be configured to move along the inner surface of the body 422b by rotating the moving screw 422d1 .
  • the moving screw 422d1 may be adjusted by the control unit 424 .
  • the moving screw 422d1 may be connected to a rotation shaft of the motor to receive rotational force of a servo motor (not shown).
  • the servo motor may receive power by the control unit 424 to control the degree of rotation of the rotating shaft. That is, the control unit 424 may be configured to adjust the degree of opening and closing of the discharge port K1 of the blowing nozzle unit 422c by moving the position of the shutter 422d.
  • the blowing unit 422 is fixed to the air supply duct 425 and has an inlet formed so as to communicate with the inside of the air supply duct 425.
  • the shutter 422d movably configured to cover at least a part of the opening of the portion 422c, it is possible to efficiently control the ejection direction and air volume of the refrigerant from the ejection nozzle portion 422c. Accordingly, according to the present invention, the cooling of a specific battery pack 200 among at least two or more battery packs 200 may be performed more rapidly.
  • FIG. 6 is a partial perspective view schematically illustrating a state of an extraction unit that is a part of a power storage device according to another embodiment of the present invention.
  • the ejection unit 422A has an extension pipe 422e connected to the ejection nozzle unit 422c when compared to the ejection unit 422 of FIG. 5 .
  • the extension pipe 422e may be configured such that the length in the discharge direction varies according to the position of any one of the at least two battery packs 200 .
  • the extension pipe 422e may have three pipes 422e1 , 422e2 , and 422e3 connected to each other.
  • the three tubes 422e1 , 422e2 , and 422e3 may be configured to have different diameters.
  • the three tubes 422e1 , 422e2 , and 422e3 may be configured to have a smaller diameter as the tubes are located relatively farther away from the fixing member 422a.
  • a tube having a relatively small diameter is inserted into a tube having a relatively large diameter and configured to be movable.
  • the extension tube 422e may include a first tube 422e1 , a second tube 422e2 , and a third tube 422e3 .
  • the extension tube 422e may be configured to have a smaller diameter in stages in the order of the first tube 422e1 , the second tube 422e2 , and the third tube 422e3 . That is, in order to extend the entire length of the extension pipe 422e, a second pipe 422e2 is derived from the first pipe 422e1, and a third pipe 422e3 is derived from the second pipe 422e2.
  • the third tube 422e3 is inserted into the second tube 422e2, and the second tube 422e2 is inserted into the first tube 422e1. can be configured.
  • FIG. 7 is a partial perspective view schematically showing a battery rack according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 8 and Figure 9 is a perspective view schematically showing the appearance of some components of the battery rack according to an embodiment of the present invention.
  • a guide member 430 may be further provided.
  • the guide member 430 may be provided in the receiving part 312 on which the battery pack 200 of the rack case 310 is mounted.
  • the guide member 430 has an inclined wall 432 protruding outward based on the position of the battery pack 200 to guide the refrigerant discharged from the ejection unit 422 to move to the battery pack 200 . can be provided.
  • a guide member 430 may be provided in the accommodating part 312 accommodating the battery pack 200 located at the lowest end of the battery rack 300 .
  • the guide member 430 may be provided with an inclined wall 432 protruding outward based on the position of the battery pack 200 so that the refrigerant can move to the battery pack 200 . Accordingly, the guide member 430 may reduce the amount of refrigerant dispersed around the battery pack 200 , thereby helping to perform effective point cooling.
  • the battery rack 300, the battery pack 200 to guide the refrigerant to the receiving portion 312 is mounted to move to the battery pack 200, the battery pack
  • the guide member 430 having the inclined wall 432 protruding outward based on the position of 200 is provided, so that among the plurality of battery packs 200 , it is located at a relatively long distance from the take-out unit 422 .
  • the refrigerant may be effectively transferred to the located battery pack 200 . That is, according to the present invention, using the guide member 430 , after the blowing unit 422 discharges cooling air, when the moving direction of the cooling air is long, the degree of spreading in all directions becomes severe, It can solve the problem of inefficiency.
  • the guide member 430 may change the degree to which the inclined wall 432 protrudes outward based on the position of the battery pack 200 . It may be configured to be connected to the hinge structure H1 so as to be connected thereto. Also, the rotation of the inclined wall 432 may be controlled by the control unit 424 . For example, the rotation shaft of the hinge structure H1 of the inclined wall 432 may be connected to a servo motor (not shown). The inclined wall 432 of the guide member 430 may be expanded to protrude outward by rotation of a servo motor supplied with power from the control unit 424 , or rotated to be folded inwardly.
  • the guide member 430 has a hinge structure (H1) so that the degree to which the inclined wall 432 protrudes outwardly based on the position of the battery pack 200 can be changed.
  • the inclined wall 432 of the guide member 430 may be expanded to increase the amount of refrigerant in contact with the specific battery pack 200 . Accordingly, the present invention can solve the problem that the efficiency of the point cooling decreases according to the distance between the ejection unit 422 and the battery pack 200 .
  • the guide member 430 may be provided with a conductive part 434 .
  • the conductive part 434 may include a thermally conductive material.
  • the thermally conductive material may be aluminum or copper.
  • the conductive part 434 may have a form extending in the inner direction of the battery rack 300 from the inner end of the inclined wall 432 . That is, the conductive part 434 may be configured to contact at least a portion of the outer surface of the battery pack 200 .
  • the conductive part 434 may conduct heat received from the battery pack 200 to the inclined wall 432 .
  • the guide member 430 is provided with a thermally conductive material and conductive portion 434 configured to extend in the inner direction of the battery rack 300 from the inner end of the inclined wall 432 . ) by being provided, it is possible to cool the rear portion of the battery pack 200 located inside the receiving portion 312 of the battery rack 300 . Accordingly, in the present invention, the point cooling efficiency of the battery pack 200 can be maximized through the conductive part 434 of the guide member 430 .
  • FIG. 10 is a perspective view schematically illustrating an internal appearance of a power storage device according to another embodiment of the present invention.
  • the suction duct 428B extends to the inside of the container 410 .
  • the suction duct 428B may be configured such that the position of the suction port K2 is movable.
  • the position of at least a portion of the suction duct 428B may be configured to move.
  • the position of the suction port K2 formed in the suction duct 428B may also move along with it.
  • the average temperature of the mounted battery pack 200 among the plurality of battery racks 300 is relatively So that the refrigerant can be concentrated in the high battery rack 300, it is possible to move the position of the suction port (K2) of the suction duct (428B) close to the battery rack 300 having a relatively high temperature.
  • the length inserted into the container 410 of the suction duct 428B may be controlled to decrease or increase.
  • the suction duct 428B may have a form in which a plurality of divided ducts are combined.
  • the extended length of the suction duct 428B may be increased by pulling the distal end of the suction duct 428B in the other direction by using the pusher 429 connected to the pressing device 427 .
  • the push rod 429 may be connected to the end of the suction duct 428B.
  • the control unit (FIGS. 4 and 424) of the air conditioner 420 transmits an electric signal to control the movement of a part of the suction duct 428B so as to extend or reduce the length of the suction duct 428B.
  • the present invention by configuring the suction duct (428B) so that the position of the suction port (K2) is movable, among the plurality of battery racks 300, the battery rack that requires more cooling It can be controlled so that the refrigerant is concentrated in 300. Accordingly, it is possible to effectively reduce the temperature deviation between the plurality of battery racks (300). Ultimately, it is possible to effectively increase the service life of the power storage device 400B.
  • the power storage system may include at least two or more of the aforementioned power storage devices.
  • the power storage system may include a control tower for controlling charging, discharging, and power cut-off of a plurality of power storage devices.
  • the power storage device 400 according to the first embodiment of the present invention has the same configuration as the power storage device 400 shown in FIG. 2 . That is, the power storage device 400 of the first embodiment is configured to be mounted in a state in which 17 battery packs 200 are arranged in a vertical direction in one battery rack 300 , and 30 of these racks are the containers 410 . ) is provided in In addition, in the container 410, the air supply ducts 425 are provided at the upper left and right, respectively, and 15 blowout units to which the refrigerant is supplied are formed in each air supply duct 425 spaced apart from each other by a predetermined interval.
  • suction ports K2 are formed in each of the front wall and the rear wall of the container 410 so that the heated refrigerant can be sucked and discharged to the outside.
  • the temperature sensor was provided in a portion of the outer surface of the battery pack 200 that is close to the inner side of the housing of the rack case.
  • the power storage device 400C of Comparative Example 1 of the present invention does not have a configuration of an air supply duct and a blowout unit, and instead supplies a refrigerant to the upper end of each of the front wall and the rear wall of the container 410 .
  • a supply port (K3) was formed.
  • suction ports K2 are formed in each of the front wall and the rear wall of the container 410 so that the heated refrigerant can be sucked and discharged to the outside.
  • the rest of the configuration was the same as the configuration of the power storage device 400 of the first embodiment.
  • Example 1 and Comparative Example 1 of the present invention were Using a computational fluid dynamics simulation (CFD Simulation, product name: Siemens STAR-CCM+, version: 13.04.010) that simulates the interaction of fluid and gas through a computer, each power of Example 1 and Comparative Example 1 of the present invention The cooling performance of the storage device was evaluated. The specifications to which the simulation is applied are shown in the table shown in FIG. 12 . In addition, the simulation test results of Example 1 and Comparative Example 1 are shown in the tables of FIGS. 13 and 14, respectively.
  • CFD Simulation computational fluid dynamics simulation
  • Example 1 when comparing the power storage device of Example 1 and Comparative Example 1, the temperature of the battery pack showing the highest temperature was 1.19° C. (-3.81%) than that of Comparative Example 1. ) was found to be low. In addition, it was confirmed that the temperature of the battery pack exhibiting the lowest temperature was 0.27°C (-1.01%) lower in Example 1 than in Comparative Example 1. In addition, it was confirmed that the average temperature of the entire battery pack in Example 1 was 1.09° C. (-3.79%) lower than Comparative Example 1. Furthermore, the maximum deviation of the entire battery rack was reduced by 0.6 °C (-15.75%) in Example 1 compared to Comparative Example 1.
  • the average temperature of the entire battery pack can be lowered than in Comparative Example 1 without the use of the air supply duct having the blowout unit. That is, the overall cooling performance of the battery packs provided in the power storage device was increased. In addition, by reducing the maximum deviation of the entire battery rack, it was confirmed that the temperature imbalance between the battery racks was reduced. In other words, it was confirmed that the power storage device has improved cooling efficiency and an adequate supply capacity of the cooling air flow.
  • refrigerant supply unit 426 refrigerant suction unit
  • fixing member 422b body portion
  • extension tube 430 guide member

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Abstract

본 발명은 냉각의 효율성 증대와 더불어 냉매의 적절한 공급 능력이 향상된 전력 저장 장치를 개시한다. 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전력 저장 장치는, 적어도 둘 이상의 배터리 팩을 구비하는 적어도 하나 이상의 배터리 랙; 상기 적어도 하나 이상의 배터리 랙을 수용하는 컨테이너; 및 각각이 냉매가 토출되는 토출구가 형성된 노즐을 구비하고 상기 적어도 둘 이상의 배터리 팩 중, 어느 하나를 향해 냉매의 토출 방향의 개별적인 전환과 냉매의 토출량의 개별적인 증감이 가능하게 구성된 적어도 둘 이상의 취출 유닛과, 상기 적어도 둘 이상의 취출 유닛 각각의 상기 냉매의 토출 방향과 냉매 토출량을 조절하도록 구성된 제어 유닛을 구비한 냉매 공급부, 및 상기 컨테이너 내부의 승온된 냉매를 흡입하도록 구성된 냉매 흡입부를 구비한 공조기를 포함한다.

Description

전력 저장 장치 및 전력 저장 시스템
본 발명은 전력 저장 장치 및 전력 저장 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 냉각의 효율성 증대와 더불어 냉매의 적절한 공급 능력이 향상된 전력 저장 장치 및 전력 저장 시스템에 관한 것이다.
본 출원은 2020년 01월 03일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2020-0001059호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
현재 상용화된 이차전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차전지는 니켈 계열의 이차전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 파우치 외장재를 구비한다.
최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐만 아니라, 자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 이차전지가 널리 이용되고 있다. 이러한 중대형 장치에 이용되는 경우, 용량 및 출력을 높이기 위해 많은 수의 이차전지가 전기적으로 연결된다. 특히, 이러한 중대형 장치에는 적층이 용이하다는 장점으로 인해 파우치형 이차전지가 많이 이용된다.
한편, 근래 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 구조에 대한 필요성이 높아지면서 다수의 이차전지를 내부에 수용한 다수의 배터리 팩을 구비한 다수의 배터리 랙, 이러한 다수의 배터리 랙을 내부에 보관하도록 구성된 컨테이너, 및 다수의 배터리 랙을 냉각하기 위한 공조기를 포함한 전력 저장 장치에 대한 수요가 증가하고 있다.
또한, 이러한 전력 저장 장치의 종래의 일반적인 공조기의 경우, 다수의 배터리 랙과 다수의 배터리 팩의 위치에 따라서 다수의 배터리 랙 간과, 배터리 팩 간의 온도 편차가 필연적으로 발생하게 된다.
예를 들면, 종래기술에서는, 배터리 시스템에서의 종래의 일반적인 공조 방식은 컨테이너 벽의 상부 또는 하부로 차가운 냉각 공기를 공급하면서 배터리 팩의 표면을 냉각시키는 방식이다. 그러나, 이러한 공조 방식은, 전력 저장 장치의 운영 조건(날씨, 충방전 패턴, 공조 방식)에 따라 다수의 배터리 팩 간의 온도 편차가 커지기 쉬운 문제가 있었다. 이에 따라, 다수의 배터리 팩 중, 온도가 높아진 배터리 팩의 열화가 발생되고 수명이 단축되어, 전력 저장 장치의 유지비용이 상승하는 문제가 발생되었다.
이에 따라, 컨테이너 내부에 수용된 다수의 배터리 팩 간의 온도 편차를 효과적으로 줄이기 위한 방안이 필요한 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 냉각의 효율성 증대와 더불어 냉매의 적절한 공급 능력이 향상된 전력 저장 장치 및 전력 저장 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전력 저장 장치는,
적어도 둘 이상의 배터리 팩을 구비하는 적어도 하나 이상의 배터리 랙;
상기 적어도 하나 이상의 배터리 랙을 수용하는 컨테이너; 및
각각이 냉매가 토출되는 토출구가 형성된 노즐을 구비하고 상기 적어도 둘 이상의 배터리 팩 중, 어느 하나를 향해 냉매의 토출 방향의 개별적인 전환과 냉매의 토출량의 개별적인 증감이 가능하게 구성된 적어도 둘 이상의 취출 유닛과, 상기 적어도 둘 이상의 취출 유닛 각각의 상기 냉매의 토출 방향과 냉매 토출량을 조절하도록 구성된 제어 유닛을 구비한 냉매 공급부, 및 상기 컨테이너 내부의 승온된 냉매를 흡입하도록 구성된 냉매 흡입부를 구비한 공조기를 포함한다.
더욱이, 상기 제어 유닛은,
상기 적어도 둘 이상의 배터리 팩 중, 상대적으로 더 높은 온도를 나타내는 일부 배터리 팩으로만 냉매가 집중되도록 상기 둘 이상의 취출 유닛 각각의 풍향을 조정 가능하게 구성될 수 있다.
그리고, 상기 제어 유닛은,
상기 적어도 둘 이상의 배터리 팩 중, 상대적으로 더 높은 온도를 나타내는 배터리 팩을 향해 토출하는 취출 유닛의 토출량이 나머지 취출 유닛의 토출량 보다 더 크도록 조정 가능하게 구성될 수 있다.
나아가, 상기 냉매 공급부는, 상기 냉매를 상기 취출 유닛까지 이동시킬 수 있는 이동 통로를 가진 급기 덕트를 구비하고,
상기 냉매 흡입부는, 상기 컨테이너 내부의 승온된 냉매를 다시 흡입하도록 흡입구가 구비되고 흡입된 냉매를 상기 컨테이너의 외부로 이동하도록 연장된 흡입 덕트를 구비할 수 있다.
또한, 상기 취출 유닛은,
상기 급기 덕트에 고정되고 상기 급기 덕트의 내부와 연통되도록 입구가 형성된 고정 부재;
상기 고정 부재에 결합되고 결합된 상태에서 회전 가능하도록 곡면을 가진 몸체부;
상기 냉매가 토출되도록 상기 몸체부의 단부가 개구되어 토출구가 형성된 취출 노즐부; 및
상기 취출 노즐부의 토출구의 적어도 일부를 가리도록 이동 가능하게 구성된 셔터를 구비할 수 있다.
그리고, 상기 취출 노즐부는,
상기 적어도 둘 이상의 배터리 팩 중, 어느 하나의 배터리 팩의 위치에 따라 토출 방향의 길이가 가변하도록 구성된 연장관을 구비할 수 있다.
나아가, 상기 배터리 랙은,
상기 배터리 팩이 탑재된 주변부에 상기 냉매가 상기 배터리 팩으로 이동하는 것을 가이드 하도록 상기 배터리 팩의 위치를 기준으로 외측으로 돌출된 경사벽을 가진 가이드 부재가 구비될 수 있다.
또한, 상기 가이드 부재는, 상기 경사벽이 상기 배터리 팩의 위치를 기준으로 외측으로 돌출된 정도를 변경할 수 있도록 힌지 구조로 연결될 수 있다.
더욱이, 상기 가이드 부재는, 열 전도성 재질을 구비하고 상기 경사벽의 내측 단부로부터 상기 배터리 랙의 내측 방향으로 연장되게 구성된 전도부가 구비될 수 있다.
그리고, 상기 흡입 덕트는, 상기 흡입구의 위치가 이동 가능하게 적어도 일부분이 위치 이동되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전력 저장 시스템은, 상기 전력 저장 장치를 적어도 둘 이상 포함한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 본 발명은, 적어도 둘 이상의 배터리 팩 중, 어느 하나를 향해 냉매의 토출 방향의 개별적인 전환과 냉매의 토출량의 개별적인 증감이 가능하게 구성된 적어도 둘 이상의 취출 유닛과, 적어도 둘 이상의 취출 유닛 각각의 냉매의 토출 방향과 냉매 토출량을 조절하도록 구성된 제어 유닛을 구비한 냉매 공급부를 포함함으로써, 복수의 배터리 팩 중, 냉각이 집중적으로 필요한 특정 배터리 팩에 더 많은 냉매를 접촉시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예의 일측면에 의하면, 본 발명은, 제어 유닛을 적어도 둘 이상의 배터리 팩 중, 상대적으로 더 높은 온도를 나타내는 일부 배터리 팩으로만 냉매가 집중되도록 둘 이상의 취출 유닛 각각의 풍향을 조정 가능하게 구성함으로써, 나머지 배터리 팩 보다 상대적으로 높은 온도를 가진 특정 배터리 팩에 점 냉각을 수행할 수 있다. 즉, 본 발명은 복수의 배터리 팩 중, 냉각을 집중 시행할 필요가 있는 일부 특정 배터리 팩 만을 빠르게 냉각시킬 수 있는 바, 배터리 팩들 간의 온도 편차를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 빠른 냉각으로 배터리 팩의 열화를 효과적으로 방지할 수 있다.
그리고, 본 발명의 일측면에 의하면, 본 발명의 취출 유닛은, 급기 덕트에 고정되고 급기 덕트의 내부와 연통되도록 입구가 형성된 고정 부재, 이러한 고정 부재에 결합되고 결합된 상태에서 회전 가능하도록 곡면을 가진 몸체부, 냉매가 토출되도록 몸체부의 단부가 개구되어 형성된 취출 노즐부, 및 이러한 취출 노즐부의 개구의 적어도 일부를 가리도록 이동 가능하게 구성된 셔터를 구비함으로써, 취출 노즐부의 냉매의 토출되는 방향 및 풍량을 효율적으로 제어할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은, 적어도 둘 이상의 배터리 팩 중, 집중 냉각이 필요한 특정 배터리 팩의 냉각을 보다 신속히 진행할 수 있다.
나아가, 본 발명의 다른 일측면에 의하면, 배터리 랙은, 배터리 팩이 탑재된 수용부에 냉매가 배터리 팩으로 이동하는 것을 가이드 하도록 배터리 팩의 위치를 기준으로 외측으로 돌출된 경사벽을 가진 가이드 부재가 구비됨으로써, 복수의 배터리 팩 중, 취출 유닛과 상대적으로 먼 거리에 위치한 배터리 팩에 냉매를 효과적으로 전달 시킬 수 있다. 즉, 본 발명은, 가이드 부재를 사용해, 취출 유닛이 냉각 공기를 토출한 후, 냉각 공기의 이동 방향이 길 경우, 사방으로 퍼지는 정도가 심해지는 것으로 인해, 점 냉각의 효율이 떨어지는 문제를 해결할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일측면에 의하면, 본 발명의 가이드 부재는, 경사벽이 배터리 팩의 위치를 기준으로 외측으로 돌출된 정도를 변경할 수 있도록 힌지 구조로 연결됨으로써, 가이드 부재의 경사벽을 펼쳐, 특정 배터리 팩에 접촉되는 냉매의 양을 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명은, 취출 유닛과 배터리 팩의 거리에 따라 점 냉각의 효율이 떨어지는 문제를 해결할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 다른 일측면에 의하면, 본 발명은, 흡입 덕트를 흡입구의 위치가 이동 가능하도록 구성 시킴으로써, 복수의 배터리 랙 중, 냉각이 더 많이 필요한 배터리 랙에 냉매가 집중되도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 복수의 배터리 랙 간의 온도 편차를 효과적으로 줄일 수 있다. 궁극적으로 전력 저장 장치의 사용 수명을 효과적으로 늘릴 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 안 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장 장치의 일부 구성들의 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장 장치의 일부 구성인 배터리 팩의 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장 장치의 공조기의 내부 구성들을 나타내는 개념도이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장 장치의 일부 구성인 취출 유닛의 모습을 개략적으로 나타내는 부분 사시도이다.
도 6은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전력 저장 장치의 일부 구성인 취출 유닛의 모습을 개략적으로 나타내는 부분 사시도이다.
도 7은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 랙을 개략적으로 나타내는 부분 사시도이다.
도 8 및 도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙의 일부 구성들의 모습을 개략적으로 나타내는 사시도들이다.
도 10은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전력 저장 장치의 내부 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 11은, 본 발명의 비교예 1에 따른 전력 저장 장치의 일부 구성들의 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 12는, 본 발명의 실험예의 시뮬레이션을 적용한 사양을 나타낸 표이다.
도 13은, 본 발명의 실험예의 실시예1의 시뮬레이션 분석 결과를 나타낸 표이다.
도 14는, 본 발명의 실험예의 비교예1의 시뮬레이션 분석 결과를 나타낸 표이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장 장치를 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장 장치의 일부 구성들의 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장 장치의 일부 구성인 배터리 팩을 배출하는 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 그리고, 도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장 장치의 공조기의 내부 구성들을 나타내는 개념도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 전력 저장 장치(400)는, 적어도 하나 이상의 배터리 랙(300), 상기 배터리 랙(300)을 수용하는 컨테이너(410), 및 공조기(420)를 포함할 수 있다.
여기서, 따른 배터리 랙(300)은, 상하 방향으로 1열로 배열된 복수의 배터리 팩(200), 및 이를 수용하는 랙 케이스(310)를 포함한다. 여기서, 본 발명의 배터리 랙(300)은, 랙 케이스(310)의 수용부(312)에 탑재된 상하 방향으로 1열로 배열된 복수의 배터리 팩(200)을 하나의 배터리 랙(300)으로 정의한다. 또한, 하나의 랙 케이스(310)는 복수의 배터리 랙(300)이 구비될 수 있다.
먼저, 상기 복수의 배터리 팩(200)은, 상하 방향으로 배열된 형태로 상기 랙 케이스(310)에 수용되도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 복수의 배터리 팩(200)은, 팩 하우징(210), 및 상기 팩 하우징(210) 내부에 구비되고 일방향으로 적층된 복수의 이차전지(도시하지 않음)를 구비할 수 있다.
구체적으로, 상기 이차전지는 파우치형 이차전지일 수 있다. 특히, 이러한 파우치형 이차전지는, 전극 조립체(도시하지 않음), 전해액(도시하지 않음) 및 파우치를 구비할 수 있다.
상기 각각의 이차전지는, 2개의 넓은 면이 전후방향에 각각 위치하고, 상, 하, 좌, 우 방향에는 실링부가 위치하도록 대략 지면에 수직하게 세워지는 형태로 배치될 수 있다. 다시 말해, 각 이차전지는 상하 방향으로 세워진 형태로 구성될 수 있다. 한편, 본 명세서에서는, 특별한 설명이 없는 한, 상, 하, 전, 후, 좌, 우 방향에 대하여, F 방향으로 바라볼 때를 기준으로 한다.
여기서, 상기 파우치는 오목한 형태의 수용부가 형성되어 있는 파우치로 구성될 수 있다. 또한, 상기 수용부에는 전극 조립체 및 전해액이 수납될 수 있다. 그리고, 각각의 파우치는, 외부 절연층, 금속층 및 내부 접착층을 구비하며, 파우치의 테두리 부위에는 내부 접착층이 서로 유착됨으로써, 실링부가 형성될 수 있다. 더욱이, 상기 이차전지의 양극 리드 및 음극 리드가 형성된 좌우 방향의 단부 각각에 테라스부가 형성될 수 있다.
그리고, 상기 전극 조립체는, 전극활물질이 도포된 전극판과 분리막의 조립체로서, 하나 이상의 양극판 및 하나 이상의 음극판이 분리막을 사이에 두고 배치된 형태로 구성될 수 있다. 또한, 상기 전극 조립체의 양극판에는 양극 탭이 구비되며, 하나 이상의 양극 탭이 양극 리드와 연결될 수 있다.
여기서, 상기 양극 리드는, 일단이 상기 양극 탭에 연결되고 타단이 파우치의 외부로 노출되며, 이와 같이 노출된 부분이 이차전지의 전극 단자, 예를 들면, 이차전지의 양극 단자로서 기능할 수 있다.
또한, 상기 전극 조립체의 음극판에는 음극 탭이 구비되며, 하나 이상의 음극 탭이 음극 리드와 연결될 수 있다. 그리고, 상기 음극 리드는, 일단이 상기 음극 탭에 연결되고 타단이 파우치의 외부로 노출되며, 이와 같이 노출된 부분이 이차전지의 전극 단자, 예를 들면 이차전지의 음극 단자로서 기능할 수 있다.
더욱이, 상기 배터리 팩(200)은 상기 복수의 이차전지를 전기적으로 상호 연결하도록 구성된 적어도 하나 이상의 버스바(도시하지 않음)를 구비할 수 있다. 구체적으로, 상기 버스바는 전도성 금속을 구비할 수 있고, 예를 들면, 구리, 알루미늄, 니켈 등을 구비할 수 있다.
한편, 다시 도 2를 참조하면, 상기 랙 케이스(310)는 상기 복수의 배터리 팩(200) 각각을 수납 보관이 가능하도록 일측이 개방된 수납 공간을 가진 수용부(312)를 구비할 수 있다. 상기 복수의 수용부(312)는, 상기 복수의 배터리 팩(200)이 상하 방향으로 탑재되도록 구성될 수 있다. 또는, 상기 수용부(312)는 상기 복수의 배터리 팩(200)이 소정 간격으로 이격되어 배치되도록 구성될 수 있다.
더욱이, 상기 복수의 수용부(312) 각각에는 상기 배터리 팩(200)이 상부에 탑재되도록 구성된 선반 프레임(보이지 않음)이 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 선반 프레임은 랙 케이스(310)의 상하 방향으로 연장된 외측벽과 수직한 방향(수평 방향)으로 연장된 플레이트 형태를 가질 수 있다.
그리고, 상기 배터리 팩(200)은 온도 센서(270), 및 팩 BMS(230)를 구비할 수 있다. 상기 온도 센서(270)는, 상기 배터리 팩(200)의 내부 온도를 측정하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 온도 센서(270)는 팩 BMS(230)와 통신하도록 센싱 와이어(271)로 연결될 수 있다. 또는, 상기 온도 센서(270)는 이후에 후술하는 제어 유닛(도 4, 424)과 센싱 와이어를 통해 연결될 수 있다.
또한, 상기 팩 BMS(230)는 상기 온도 센서(270)의 온도 정보를 무선 통신으로 전송 가능하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 상기 팩 BMS(230)는 NFC 무선 통신 유닛, 또는 블루투스 무선 통신 유닛, 또는 RFID 무선 통신 유닛을 구비할 수 있다. 상기 팩 BMS(230)는 랙 BMS(도시하지 않음)와 무선 통신하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 팩 BMS(230)는 상기 온도 센서(270)로부터 배터리 팩(200)의 내부 온도 정보를 받아, 상기 랙 BMS로 무선 통신 방식으로 온도 정보를 송신할 수 있다. 또는 상기 팩 BMS(230)는 상기 온도 센서(270)로부터 배터리 팩(200)의 내부 온도 정보를 받아, 후술하는 제어 유닛(도 4, 424)으로 무선 통신 방식으로 온도 정보를 송신할 수 있다.
더욱이, 상기 랙 케이스(310)는 상기 팩 BMS(230)와 무선 통신이 가능하도록 구성된 랙 BMS(도시하지 않음)를 구비할 수 있다. 상기 랙 BMS는 팩 BMS(230)로부터 온도 정보를 수용하도록 구성된 무선 신호용 리시버 유닛(도시하지 않음)을 구비할 수 있다. 그 외, 랙 BMS는 팩 BMS(230)로부터 전류, 전압 등의 정보를 수신할 수 있다.
한편, 상기 컨테이너(410)는, 상기 적어도 하나 이상의 배터리 랙(300)을 수용하도록 내부 공간을 가질 수 있다. 상기 컨테이너(410)는, 상기 전력 저장 장치(400)의 외관을 형성하도록 외벽이 구비될 수 있다. 예를 들면, 상기 컨테이너(410)는 일반적 내부에 물건을 보관할 수 있는 일반적인 유형의 컨테이너(410)일 수 있다. 이에, 여기서는 컨테이너의 구체적인 구성들의 설명은 생략하기로 한다.
한편, 상기 공조기(420)는 온도 센서(270) 및 제어 유닛(424)을 통해 냉매의 공급과 배출을 조절할 수 있다. 상기 공조기(420)는, 온도 센서(270)를 통해 측정된 배터리 팩(200)의 온도를 기준으로 냉매(보이지 않음)의 공급과 배출량을 조절할 수 있다. 상기 공조기(420)로부터 공급된 냉매(예: 냉각된 공기)는 배터리 팩(200)과 접촉되면서 냉매의 온도가 상승하게 되고, 온도 상승된 냉매는 다시 공조기(420)로 흡입되어 배출될 수 있다.
구체적으로, 상기 공조기(420)는 냉매 공급부(421), 및 냉매 흡입부(426)를 구비할 수 있다. 더욱 구체적으로, 상기 냉매 공급부(421)는 급기 덕트(425), 적어도 둘 이상의 취출 유닛(422), 및 제어 유닛(424)을 구비할 수 있다.
먼저, 상기 급기 덕트(425)는, 상기 배터리 팩(200) 보다 낮은 온도를 가진 냉매를 상기 취출 유닛(422)까지 이동시킬 수 있도록 구성될 수 있다. 상기 급기 덕트(425)는 상기 냉매가 이동되는 이동 통로를 가질 수 있다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 급기 덕트(425)는 승온된 냉매를 냉각시키도록 구성된 외부의 열 교환 장치(도시하지 않음)와 연결되도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 급기 덕트(425)는 상기 열 교환 장치로부터 상기 컨테이너(410)의 외벽을 관통하도록 연장된 형태를 가질 수 있다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장 장치의 일부 구성인 취출 유닛의 모습을 개략적으로 나타내는 부분 사시도이다.
도 1 내지 도 4와 함께 도 5를 참조하면, 상기 취출 유닛(422)은 각각이 냉매가 토출되는 토출구(K1)가 형성된 노즐을 구비할 수 있다. 상기 노즐은 토출된 냉매의 대부분이 일 방향으로 이동되도록 토출 방향으로 돌출된 토출구(K1)가 형성될 수 있다. 상기 취출 유닛(422)은 상기 적어도 둘 이상의 배터리 팩(200) 중, 어느 하나를 향해 냉매를 토출시킬 수 있다. 그리고, 상기 적어도 둘 이상의 취출 유닛(422) 각각은, 냉매의 토출 방향의 개별적인 전환과 냉매의 토출량의 개별적인 증감이 가능하게 구성될 수 있다.
나아가, 상기 제어 유닛(424)은, 상기 적어도 둘 이상의 취출 유닛(422) 각각의 상기 냉매의 토출 방향과 냉매 토출량을 조절하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 제어 유닛(424)은 상기 취출 유닛(422)의 토출구(K1)의 개구도를 증가시키거나, 감소시키도록 제어할 수 있다. 또한, 상기 제어 유닛(424)은 상기 취출 유닛(422)의 노즐의 방향을 상기 적어도 둘 이상의 배터리 팩(200) 중, 어느 하나를 향해 이동시킬 수 있다.
또한, 상기 냉매 흡입부(426)는 상기 냉매 공급부(421)로부터 공급된 냉매가 상기 배터리 팩(200)의 열을 흡수하여 승온될 경우, 이렇게 승온된 냉매를 흡입하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 냉매 흡입부(426)는 흡입 덕트(428), 및 상기 흡입 덕트(428)에 형성된 흡입구(K2)가 구비될 수 있다. 반드시, 도 2에 나타낸 흡입 덕트(428)의 구조적 특징들로만 한정되는 것은 아니고, 필요에 따라, 상기 흡입 덕트(428)는 상기 컨테이너(410) 내부 공간까지 연장되도록 구성될 수 있다.
더욱이, 상기 공조기(420)는 외부의 열 교환 장치(도시하지 않음)와 연결되도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 공조기(420)는 상기 열 교환 장치로부터 냉각된 냉매를 공급 받거나, 승온된 냉매를 송출할 수 있다. 상기 열 교환 장치는 상기 공조기(420)로부터 수령된 승온된 냉매를 응축 내지 방열하는 방식으로 냉매의 온도를 낮출 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은, 상기 적어도 둘 이상의 배터리 팩(200) 중, 어느 하나를 향해 냉매의 토출 방향의 개별적인 전환과 냉매의 토출량의 개별적인 증감이 가능하게 구성된 적어도 둘 이상의 취출 유닛(422)과, 상기 적어도 둘 이상의 취출 유닛(422) 각각의 상기 냉매의 토출 방향과 냉매 토출량을 조절하도록 구성된 제어 유닛(424)을 구비한 냉매 공급부(421)를 포함함으로써, 복수의 배터리 팩(200) 중, 냉각이 집중적으로 필요한 특정 배터리 팩(200)에 더 많은 냉매를 접촉시킬 수 있다.
예를 들면, 복수의 배터리 팩(200) 중, 가장 고온을 나타내는 배터리 팩(200)에 상기 적어도 둘 이상의 취출 유닛(422) 각각이 냉매를 토출하여 빠르게 고온의 배터리 팩(200)을 냉각시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 배터리 랙(300)에 수용된 적어도 둘 이상의 배터리 팩(200)의 온도 편차를 최소화할 수 있어, 열화로 인한 배터리 팩(200)의 사용 수명의 감소를 방지할 수 있다.
다시 도 2와 함께 도 4를 참조하면, 상기 공조기(420)의 제어 유닛(424)은, 송풍기(423)를 가동시켜 외부의 열교환 장치로부터 상기 급기 덕트(425)로 냉매를 공급 시킬 수 있다. 이때, 제어 유닛(424)은 상기 배터리 팩(200)에 부착된 온도 센서(270)로부터 배터리 팩(200)의 온도 정보를 전달 받아, 송풍기(423)의 가동 여부를 결정할 수 있다.
또한, 상기 제어 유닛(424)은, 상기 적어도 둘 이상의 배터리 팩(200) 중, 상대적으로 더 높은 온도를 나타내는 일부 배터리 팩(200)으로만 냉매가 집중되도록 상기 둘 이상의 취출 유닛(422) 각각의 풍향을 조정 가능하게 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 제어 유닛(424)은, 상기 적어도 둘 이상의 배터리 팩(200) 각각에 구비된 온도 센서(270)로부터 기준 값 이상의 온도 값을 전달 받을 경우, 기준 값을 초과한 배터리 팩(200)에 둘 이상의 취출 유닛(422)의 토출 방향을 조정하여, 높은 온도를 나타내는 일부 배터리 팩(200)으로만 냉매가 집중되도록 할 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은, 상기 제어 유닛(424)을 상기 적어도 둘 이상의 배터리 팩(200) 중, 상대적으로 더 높은 온도를 나타내는 일부 배터리 팩(200)으로만 냉매가 집중되도록 상기 둘 이상의 취출 유닛(422) 각각의 풍향을 조정 가능하게 구성함으로써, 나머지 배터리 팩(200) 보다 상대적으로 높은 온도를 가진 특정 배터리 팩(200)에 점 냉각(spot cooling)을 수행할 수 있다. 즉, 본 발명은 복수의 배터리 팩(200) 중, 집중 냉각이 필요한 일부 특정 배터리 팩(200) 만을 빠르게 냉각시킬 수 있는 바, 배터리 팩(200)들 간의 온도 편차를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 빠른 냉각으로 배터리 팩(200)의 열화를 효과적으로 방지할 수 있다.
더욱이, 상기 제어 유닛(424)은, 상기 적어도 둘 이상의 배터리 팩(200) 중, 상대적으로 더 높은 온도를 나타내는 배터리 팩(200)을 향해 토출하는 취출 유닛(422)의 토출량이 나머지 취출 유닛(422)의 토출량 보다 더 크도록 조정 가능하게 구성될 수 있다.
예를 들면, 상기 제어 유닛(424)은, 상기 적어도 둘 이상의 배터리 팩(200) 각각에 구비된 온도 센서(270)로부터 기준 값 이상의 온도 값을 전달 받을 경우, 기준 온도 값을 초과한 배터리 팩(200)에 둘 이상의 취출 유닛(422)의 토출량을 조정하여, 높은 온도를 나타내는 일부 배터리 팩(200)에 냉매의 공급량을 증가시킬 수 있다.
한편, 다시 도 2를 참조하면, 상기 냉매 흡입부(426)의 흡입 덕트(428)는 컨테이너(410) 내부의 냉매를 상기 컨테이너(410)의 외부로 이동할 수 있는 이동 공간이 형성되고, 상기 컨테이너(410)의 외부로 연장된 형태를 가질 수 있다. 또한, 상기 흡입 덕트(428)에는 승온된 냉매를 다시 흡입하도록 구성된 흡입구(K2)가 구비될 수 있다.
다시 도 2, 도 4, 및 도 5를 참조하면, 상기 취출 유닛(422)은, 고정 부재(422a), 몸체부(422b), 취출 노즐부(422c), 및 셔터(422d)를 구비할 수 있다.
구체적으로, 상기 고정 부재(422a)는, 상기 급기 덕트(425)에 이동 가능한 형태로 고정될 수 있다. 즉, 상기 고정 부재(422a)는, 상기 급기 덕트(425) 중, 취출 유닛(422)이 형성될 필요가 있는 부분에 형성될 수 있다. 또한, 상기 고정 부재(422a)는 필요시 분리 가능하도록 상기 급기 덕트(425)의 외벽에 볼트 결합 내지 암수 결합될 수 있다.
예를 들면, 상기 고정 부재(422a)는 링 형태를 가질 수 있다. 또한, 상기 고정 부재(422a)는 상기 급기 덕트(425)에 형성된 개구의 테두리부(425a)에 결합되도록 구성될 수 있다. 상기 고정 부재(422a)는 상기 급기 덕트(425)의 개구와 연통되도록 입구가 형성될 수 있다.
또한, 상기 몸체부(422b)는 상기 고정 부재(422a)에 이동 가능한 형태로 결합되도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 몸체부(422b)는 상기 고정 부재(422a)에 결합된 상태에서 회전 가능하도록 곡면을 가질 수 있다. 이때, 상기 몸체부(422b)는 회전 범위는 각도로 0도 내지 100도로 회전이 가능하도록 구성될 수 있다.
나아가, 상기 몸체부(422b)는 일단이 상기 급기 덕트(425)의 내부에 삽입되고 타단이 상기 급기 덕트(425)의 외부로 돌출된 형태를 가질 수 있다. 또한, 상기 취출 노즐부(422c)는 상기 제어 유닛(424)의 제어를 통해 회전 이동될 수 있다. 예를 들면, 상기 취출 노즐부(422c)에는 상기 고무 롤러나 벨트 등이 구비된 서보 모터(도시하지 않음)가 복수개 구비될 수 있다.
더욱이, 상기 서보 모터는, 상기 몸체부(422b)가 회전 이동하도록 모터의 회전힘을 상기 고무 롤러나 벨트 등을 통해 상기 몸체부(422b)에 전달할 수 있다. 따라서, 상기 서보 모터가 회전하는 것에 따라, 상기 취출 노즐부(422c)의 몸체부(422b)는 회전 이동할 수 있다. 그리고, 상기 서보 모터는 상기 제어 유닛(424)의 전력을 공급 받아 회전 이동될 수 있다. 더욱 구체적으로, 상기 서보 모터의 회전축은 고무 롤러의 회전축과 연결되어 있고, 서보 모터의 회전에 따라 고무 롤러는 상기 몸체부(422b)의 외면을 가압할 수 있다. 그리고, 상기 고무 롤러에 의해 전달된 힘에 의해 상기 몸체부(422b)가 회전 이동하게 될 수 있다.
더욱이, 상기 취출 노즐부(422c)는 냉매가 토출되도록 상기 몸체부(422b)의 단부가 개구된 형태로 형성될 수 있다. 상기 취출 노즐부(422c)는 상기 몸체부(422b)의 상기 급기 덕트(425)의 개구와 연통된 토출구(K1)가 형성될 수 있다. 또한, 상기 취출 노즐부(422c)의 토출구(K1)의 주변부에는 상기 토출되는 냉매의 토출 방향을 가이드할 수 있도록 외부로 돌출된 립(422c1)이 구비될 수 있다.
그리고, 상기 셔터(422d)는 상기 취출 노즐부(422c)의 토출구(K1)의 적어도 일부를 가리도록 이동 가능하게 구성된 부재일 수 있다. 즉, 상기 셔터(422d)는 상기 취출 노즐부(422c)의 토출구(K1)의 개폐도를 조절하는 댐퍼라고 할 수 있다.
또한, 상기 셔터(422d)는 상기 제어 유닛(424)에 의해 제어될 수 있다. 상기 셔터(422d)는 상기 취출 노즐부(422c)로부터 토출되는 냉매의 양을 증가시키기 위해서 상기 취출 노즐부(422c)의 토출구(K1)의 개구도를 1% 내지 100%로 개방시킬 수 있다. 또는, 반대로, 상기 셔터(422d)는 상기 취출 노즐부(422c)로부터 토출되는 냉매의 양을 감소시키기 위해서 상기 취출 노즐부(422c)의 토출구(K1)의 개구도를 100%에서 0%로 변경시킬 수 있다. 여기서, “개구도”는, 개구의 총 크기 중, 개구된 면적의 비율을 의미한다.
또한, 상기 셔터(422d)는 상기 몸체부(422b)의 내부에 위치할 수 있다. 상기 셔터(422d)는 상기 몸체부(422b)의 내면을 따라 슬라이드 이동 가능하도록 곡면을 가질 수 있다. 상기 취출 유닛(422)은, 셔터(422d)의 위치를 이동시킬 수 있는 이동 나사(422d1)가 형성될 수 있다. 즉, 상기 셔터(422d)는, 상기 이동 나사(422d1)를 회전하는 것에 의해, 상기 셔터(422d)가 상기 몸체부(422b)의 내면을 따라 이동되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 이동 나사(422d1)는 상기 제어 유닛(424)에 의해 조정될 수 있다. 예를 들면, 상기 이동 나사(422d1)는 서보 모터(도시하지 않음)의 회전힘을 전달 받을 수 있도록 모터의 회전축과 연결될 수 있다. 그리고, 상기 서보 모터는 상기 제어 유닛(424)에 의해 전력을 공급 받아 회전축의 회전 정도가 제어될 수 있다. 즉, 상기 제어 유닛(424)은 상기 셔터(422d)의 위치를 이동시킴으로써, 상기 취출 노즐부(422c)의 토출구(K1)의 개폐도를 조절하도록 구성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 취출 유닛(422)은, 상기 급기 덕트(425)에 고정되고 상기 급기 덕트(425)의 내부와 연통되도록 입구가 형성된 고정 부재(422a), 상기 고정 부재(422a)에 결합되고 결합된 상태에서 회전 가능하도록 곡면을 가진 몸체부(422b), 상기 냉매가 토출되도록 상기 몸체부(422b)의 단부가 개구되어 형성된 취출 노즐부(422c), 및 상기 취출 노즐부(422c)의 개구의 적어도 일부를 가리도록 이동 가능하게 구성된 셔터(422d)를 구비함으로써, 상기 취출 노즐부(422c)의 냉매의 토출되는 방향 및 풍량을 효율적으로 제어할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은, 적어도 둘 이상의 배터리 팩(200) 중, 특정 배터리 팩(200)의 냉각을 보다 신속히 진행할 수 있다.
도 6은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전력 저장 장치의 일부 구성인 취출 유닛의 모습을 개략적으로 나타내는 부분 사시도이다.
도 2 및 도 4와 함께 도 6을 참조하면, 다른 일 실시예에 따른 취출 유닛(422A)은, 도 5의 취출 유닛(422)과 비교할 경우, 상기 취출 노즐부(422c)에 연장관(422e)이 더 구비될 수 있다. 상기 연장관(422e)은 상기 적어도 둘 이상의 배터리 팩(200) 중, 어느 하나의 배터리 팩(200)의 위치에 따라 토출 방향의 길이가 가변되도록 구성될 수 있다.
예를 들면, 상기 연장관(422e)은 서로 연결된 3개의 관(422e1, 422e2, 422e3)을 가질 수 있다. 상기 3개의 관(422e1, 422e2, 422e3)은 서로 관경이 다르도록 구성될 수 있다. 상기 3개의 관(422e1, 422e2, 422e3)은 상기 고정 부재(422a)를 기준으로 상대적으로 멀리 위치한 관일수록 관경이 작도록 구성될 수 있다. 그리고, 3개의 관(422e1, 422e2, 422e3) 중, 상대적으로 관경이 큰 관에 상대적으로 관경이 작은 관이 삽입되어 이동 가능하도록 구성될 수 있다.
예를 들면, 상기 연장관(422e)은 제1관(422e1), 제2관(422e2), 및 제3관(422e3)을 구비할 수 있다. 상기 연장관(422e)은 상기 제1관(422e1), 제2관(422e2), 및 제3관(422e3)의 순서로 단계적으로 관경이 작도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 연장관(422e)은 전체 관 길이를 연장하기 위해서, 상기 제1관(422e1)으로부터 제2관(422e2)이 도출되고, 제3관(422e3)이 상기 제2관(422e2)으로부터 도출되도록 구성될 수 있다. 반대로, 상기 연장관(422e)은 전체 관 길이를 축소하기 위해서, 제3관(422e3)이 제2관(422e2) 내부로 삽입되고, 제2관(422e2)이 제1관(422e1)으로 삽입되도록 구성될 수 있다.
도 7은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 랙을 개략적으로 나타내는 부분 사시도이다. 그리고, 도 8 및 도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙의 일부 구성들의 모습을 개략적으로 나타내는 사시도들이다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 랙(300A)에는, 도 2의 배터리 랙(300)과 비교할 경우, 가이드 부재(430)가 더 구비될 수 있다. 상기 가이드 부재(430)는 상기 랙 케이스(310)의 상기 배터리 팩(200)이 탑재된 수용부(312)에 구비될 수 있다. 상기 가이드 부재(430)는 취출 유닛(422)으로부터 토출된 냉매가 상기 배터리 팩(200)으로 이동하는 것을 가이드 하도록 상기 배터리 팩(200)의 위치를 기준으로 외측으로 돌출된 경사벽(432)이 구비될 수 있다.
예를 들면, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 랙(300)의 가장 하단에 위치한 배터리 팩(200)을 수용한 수용부(312)에는 가이드 부재(430)가 구비될 수 있다. 상기 가이드 부재(430)는, 상기 배터리 팩(200)에 냉매가 이동할 수 있도록 상기 배터리 팩(200)의 위치를 기준으로 외측으로 돌출된 경사벽(432)이 구비될 수 있다. 이에 따라, 상기 가이드 부재(430)는, 상기 배터리 팩(200) 주위로 분산되는 냉매의 양을 줄일 수 있어, 효과적인 점 냉각을 수행할 수 있도록 도울 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 배터리 랙(300)은, 상기 배터리 팩(200)이 탑재된 수용부(312)에 냉매가 상기 배터리 팩(200)으로 이동하는 것을 가이드 하도록 상기 배터리 팩(200)의 위치를 기준으로 외측으로 돌출된 경사벽(432)을 가진 가이드 부재(430)가 구비됨으로써, 상기 복수의 배터리 팩(200) 중, 상기 취출 유닛(422)과 상대적으로 먼 거리에 위치한 배터리 팩(200)에 냉매를 효과적으로 전달 시킬 수 있다. 즉, 본 발명은, 상기 가이드 부재(430)를 사용해, 취출 유닛(422)이 냉각 공기를 토출한 후, 냉각 공기의 이동 방향이 길 경우, 사방으로 퍼지는 정도가 심해지는 것으로 인해, 점 냉각의 효율이 떨어지는 문제를 해결할 수 있다.
한편, 다시 도 4와 함께 도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 가이드 부재(430)는, 상기 경사벽(432)이 상기 배터리 팩(200)의 위치를 기준으로 외측으로 돌출된 정도를 변경할 수 있도록 힌지 구조(H1)로 연결되도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 경사벽(432)의 회전은 상기 제어 유닛(424)에 의해 제어될 수 있다. 예를 들면, 상기 경사벽(432)의 힌지 구조(H1)의 회전축은 서보 모터(도시하지 않음)와 연결될 수 있다. 상기 가이드 부재(430)의 경사벽(432)은, 상기 제어 유닛(424)의 전력을 공급 받은 서보 모터의 회전에 의해 외측으로 돌출되도록 펼쳐지거나, 반대로 내측으로 접어지도록 회전 이동할 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 가이드 부재(430)는, 상기 경사벽(432)이 상기 배터리 팩(200)의 위치를 기준으로 외측으로 돌출된 정도를 변경할 수 있도록 힌지 구조(H1)로 연결됨으로써, 상기 가이드 부재(430)의 경사벽(432)을 펼쳐, 특정 배터리 팩(200)에 접촉되는 냉매의 양을 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명은, 취출 유닛(422)과 배터리 팩(200)의 거리에 따라 점 냉각의 효율이 떨어지는 문제를 해결할 수 있다.
더욱이, 상기 가이드 부재(430)는 전도부(434)가 구비될 수 있다. 상기 전도부(434)는 열 전도성 재질을 구비할 수 있다. 예를 들면, 상기 열 전도성 재질은, 알루미늄 또는 구리일 수 있다. 상기 전도부(434)는 상기 경사벽(432)의 내측 단부로부터 상기 배터리 랙(300)의 내측 방향으로 연장된 형태를 가질 수 있다. 즉, 상기 전도부(434)는 상기 배터리 팩(200)의 외면의 적어도 일부와 접촉하도록 구성될 수 있다. 그리고, 상기 전도부(434)는 상기 배터리 팩(200)으로부터 전달 받은 열을 상기 경사벽(432)으로 전도 시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 가이드 부재(430)는, 열 전도성 재질을 구비하고 상기 경사벽(432)의 내측 단부로부터 상기 배터리 랙(300)의 내측 방향으로 연장되게 구성된 전도부(434)가 구비됨으로써, 상기 배터리 랙(300)의 수용부(312)의 내측에 위치한 배터리 팩(200)의 후방부를 냉각시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명은, 가이드 부재(430)의 전도부(434)를 통해 배터리 팩(200)의 점 냉각 효율을 극대화 시킬 수 있다.
도 10은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 전력 저장 장치의 내부 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 다른 전력 저장 장치(400B)는, 도 2의 전력 저장 장치(400)와 달리, 흡입 덕트(428B)가 상기 컨테이너(410) 내부까지 연장된 형태를 가질 수 있다. 또한, 상기 흡입 덕트(428B)는 흡입구(K2)의 위치가 이동 가능하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 흡입 덕트(428B)의 적어도 일부분의 위치가 이동하도록 구성될 수 있다. 상기 흡입 덕트(428B)의 일부분의 위치 이동에 따라, 상기 흡입 덕트(428B)에 형성된 흡입구(K2)의 위치 또한 동반 이동할 수 있다.
예를 들면, 본 발명의 전력 저장 장치(400B)는, 복수의 배터리 랙(300)이 구비될 경우, 상기 복수의 배터리 랙(300) 중, 탑재된 배터리 팩(200)의 평균 온도가 상대적으로 높은 배터리 랙(300)에 냉매가 집중될 수 있도록, 상기 흡입 덕트(428B)의 흡입구(K2)의 위치를 상대적으로 높은 온도를 가진 배터리 랙(300)에 가깝게 이동시킬 수 있다.
이때, 상기 흡입 덕트(428B)의 컨테이너(410) 내부에 삽입된 길이가 줄어들거나 늘어나도록 제어될 수 있다. 예를 들면, 상기 흡입 덕트(428B)는 복수의 분할된 덕트가 결합된 형태일 수 있다. 가압 장치(427)와 상기 가압 장치(427)의 가압축(427a)에 연결된 밀대(429)를 사용하여, 상기 흡입 덕트(428B)의 연장된 방향의 말단부를 일방향으로 가압하여 상기 흡입 덕트(428B)의 연장 길이를 축소시킬 수 있다.
반대로, 가압 장치(427)와 연결된 밀대(429)를 사용하여, 상기 흡입 덕트(428B)의 말단부를 타 방향으로 잡아 당겨 상기 흡입 덕트(428B)의 연장된 길이를 증가시킬 수 있다. 이때, 밀대(429)는 상기 흡입 덕트(428B)의 단부와 연결될 수 있다. 또한, 상기 공조기(420)의 제어 유닛(도 4, 424)은, 전기 신호를 전달하여 상기 흡입 덕트(428B)의 길이를 연장 또는 축소할 수 있도록 상기 흡입 덕트(428B)의 일부분을 이동 제어할 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은, 상기 흡입 덕트(428B)를 흡입구(K2)의 위치가 이동 가능하도록 구성 시킴으로써, 복수의 배터리 랙(300) 중, 냉각이 더 많이 필요한 배터리 랙(300)에 냉매가 집중되도록 제어할 수 있다. 이에 따라, 복수의 배터리 랙(300) 간의 온도 편차를 효과적으로 줄일 수 있다. 궁극적으로 전력 저장 장치(400B)의 사용 수명을 효과적으로 늘릴 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장 시스템은, 앞서 서술한 전력 저장 장치를 적어도 둘 이상 포함할 수 있다. 또한, 상기 전력 저장 시스템은, 복수의 전력 저장 장치의 충전, 방전, 및 전력 차단을 제어하는 컨트롤 타워를 구비할 수 있다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예 및 실험예를 들어 더욱 상세하게 설명하나, 본 발명이 이들 실시예 및 실험예에 의해 제한되는 것은 아니다. 본 발명에 따른 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
<실시예 1>
본 발명의 실시예 1의 전력 저장 장치(400)는, 도 2에 나타낸 전력 저장 장치(400)와 동일한 구성이다. 즉, 실시예 1의 전력 저장 장치(400)는, 하나의 배터리 랙(300)에 17개의 배터리 팩(200)이 상하 방향으로 배열된 상태로 탑재되어 구성되어 있고, 이러한 랙 30개가 컨테이너(410) 안에 구비되어 있다. 그리고, 컨테이너(410) 안에는 좌우 상단 각각에 급기 덕트(425)가 구비되며, 각각의 급기 덕트(425)에는 냉매가 급기되는 15개의 취출 유닛이 서로 소정 간격으로 이격되어 형성되어 있다. 또한, 승온된 냉매를 흡입하여 외부로 배출될 수 있도록 컨테이너(410)의 전방벽 및 후방벽 각각에 흡입구(K2)를 형성시켰다. 더욱이, 온도 센서는 배터리 팩(200)의 외면 중, 랙 케이스의 수용부 내측에 가까운 일부분에 구비되도록 하였다.
<비교예 1>
본 발명의 비교예 1의 전력 저장 장치(400C)는, 도 11에 나타낸 바와 같이, 급기 덕트와 취출 유닛의 구성이 없고, 대신 컨테이너(410)의 전방벽 및 후방벽 각각의 상단에 냉매를 공급하는 공급구(K3)를 형성시켰다. 또한, 승온된 냉매를 흡입하여 외부로 배출될 수 있도록 컨테이너(410)의 전방벽 및 후방벽 각각에 흡입구(K2)를 형성시켰다. 그외 나머지 구성은 실시예 1의 전력 저장 장치(400)의 구성과 동일하게 구성하였다.
<실험예>
컴퓨터를 통해 유체와 기체의 상호 작용을 시뮬레이션 하는 전산 유체 역학 시뮬레이션(C.F.D Simulation, 제품명: Siemens STAR-CCM+, 버전: 13.04.010)을 이용하여, 본 발명의 실시예 1 및 비교예 1 각각의 전력 저장 장치의 냉각 성능을 평가하였다. 시뮬레이션을 적용한 사양은 도 12에 나타낸 표와 같다. 또한, 실시예 1 및 비교예 1의 시뮬레이션 실험 결과를 도 13 및 도 14 각각의 표로 나타냈다.
우선, 도 13 및 도 14의 표를 살펴보면, 실시예 1 및 비교예 1의 전력 저장 장치를 비교할 경우, 최고 온도를 나타낸 배터리 팩의 온도는 실시예1이 비교예 1 보다 1.19℃(-3.81%) 낮은 것으로 확인되었다. 또한, 최저 온도를 나타낸 배터리 팩의 온도는 실시예 1이 비교예 1 보다 0.27℃(-1.01%) 낮은 것으로 확인되었다. 그리고, 전체 배터리 팩의 평균 온도는 실시예 1이 비교예 1보다 1.09℃(-3.79%) 낮은 것으로 확인되었다. 나아가, 전체 배터리 랙의 최대 편차는 실시예 1이 비교예 1 보다 0.6℃(-15.75%) 줄어들었다.
결론적으로, 본 발명의 실시예1에 따른 전력 저장 장치는, 취출 유닛을 구비한 급기 덕트를 사용하여, 이를 구비하지 않는 비교예 1 보다 전체 배터리 팩의 평균 온도를 낮출 수 있었다. 즉, 전력 저장 장치의 구비된 배터리 팩들의 전체적인 냉각 성능이 높아진 효과를 발휘하였다. 또한, 전체 배터리 랙의 최대 편차를 줄임으로써, 배터리 랙 간의 온도 불균형이 줄어든 것을 확인할 수 있었다. 다시 말해, 전력 저장 장치는 냉각의 효율성 증대와 더불어 냉각기류 적절한 공급 능력이 향상된 것을 확인할 수 있었다.
한편, 본 명세서에서는 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
[부호의 설명]
400: 전력 저장 장치 300: 배터리 랙
200: 배터리 팩 310: 랙 케이스
410: 컨테이너 420: 공조기
422: 취출 유닛 424: 제어 유닛
421: 냉매 공급부 426: 냉매 흡입부
425: 급기 덕트 428: 흡입 덕트
422a: 고정 부재 422b: 몸체부
422c: 취출 노즐부 422d: 셔터
422e: 연장관 430: 가이드 부재
432: 경사벽 H1: 힌지 구조
434: 전도부

Claims (11)

  1. 적어도 둘 이상의 배터리 팩을 구비하는 적어도 하나 이상의 배터리 랙;
    상기 적어도 하나 이상의 배터리 랙을 수용하는 컨테이너; 및
    각각이 냉매가 토출되는 토출구가 형성된 노즐을 구비하고 상기 적어도 둘 이상의 배터리 팩 중, 어느 하나를 향해 냉매의 토출 방향의 개별적인 전환과 냉매의 토출량의 개별적인 증감이 가능하게 구성된 적어도 둘 이상의 취출 유닛과, 상기 적어도 둘 이상의 취출 유닛 각각의 상기 냉매의 토출 방향과 냉매 토출량을 조절하도록 구성된 제어 유닛을 구비한 냉매 공급부, 및 상기 컨테이너 내부의 승온된 냉매를 흡입하도록 구성된 냉매 흡입부를 구비한 공조기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 유닛은,
    상기 적어도 둘 이상의 배터리 팩 중, 상대적으로 더 높은 온도를 나타내는 일부 배터리 팩으로만 냉매가 집중되도록 상기 둘 이상의 취출 유닛 각각의 풍향을 조정 가능하게 구성된 것을 특징으로 하는 전력 저장 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어 유닛은,
    상기 적어도 둘 이상의 배터리 팩 중, 상대적으로 더 높은 온도를 나타내는 배터리 팩을 향해 토출하는 취출 유닛의 토출량이 나머지 취출 유닛의 토출량 보다 더 크도록 조정 가능하게 구성된 것을 특징으로 하는 전력 저장 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 냉매 공급부는, 상기 냉매를 상기 취출 유닛까지 이동시킬 수 있는 이동 통로를 가진 급기 덕트를 구비하고,
    상기 냉매 흡입부는, 상기 컨테이너 내부의 승온된 냉매를 다시 흡입하도록 흡입구가 구비되고 흡입된 냉매를 상기 컨테이너의 외부로 이동하도록 연장된 흡입 덕트를 구비한 것을 특징으로 하는 전력 저장 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 취출 유닛은,
    상기 급기 덕트에 고정되고 상기 급기 덕트의 내부와 연통되도록 입구가 형성된 고정 부재;
    상기 고정 부재에 결합되고 결합된 상태에서 회전 가능하도록 곡면을 가진 몸체부;
    상기 냉매가 토출되도록 상기 몸체부의 단부가 개구되어 토출구가 형성된 취출 노즐부; 및
    상기 취출 노즐부의 토출구의 적어도 일부를 가리도록 이동 가능하게 구성된 셔터
    를 구비한 것을 특징으로 하는 전력 저장 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 취출 노즐부는,
    상기 적어도 둘 이상의 배터리 팩 중, 어느 하나의 배터리 팩의 위치에 따라 토출 방향의 길이가 가변하도록 구성된 연장관을 구비한 것을 특징으로 하는 전력 저장 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 배터리 랙은,
    상기 배터리 팩이 탑재된 주변부에 상기 냉매가 상기 배터리 팩으로 이동하는 것을 가이드 하도록 상기 배터리 팩의 위치를 기준으로 외측으로 돌출된 경사벽을 가진 가이드 부재가 구비된 것을 특징으로 하는 전력 저장 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 가이드 부재는, 상기 경사벽이 상기 배터리 팩의 위치를 기준으로 외측으로 돌출된 정도를 변경할 수 있도록 힌지 구조로 연결된 것을 특징으로 하는 전력 저장 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 가이드 부재는, 열 전도성 재질을 구비하고 상기 경사벽의 내측 단부로부터 상기 배터리 랙의 내측 방향으로 연장되게 구성된 전도부가 구비된 것을 특징으로 하는 전력 저장 장치.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 흡입 덕트는, 상기 흡입구의 위치가 이동 가능하게 적어도 일부분이 위치 이동되도록 구성된 것을 특징으로 하는 전력 저장 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중, 어느 한 항에 따른 전력 저장 장치를 적어도 둘 이상 포함한 것을 특징으로 하는 전력 저장 시스템.
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