JP7372437B2 - 電力貯蔵装置及び電力貯蔵システム - Google Patents

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Description

本発明は、電力貯蔵装置及び電力貯蔵システムに関し、より詳しくは、冷却効率性の増大と共に冷媒の適切な供給能力が向上した電力貯蔵装置及び電力貯蔵システムに関する。
本出願は、2020年1月3日出願の韓国特許出願第10-2020-0001059号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に組み込まれる。
現在、商用化した二次電池としては、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、リチウム二次電池などがあり、このうち、リチウム二次電池は、ニッケル系の二次電池に比べてメモリ効果がほとんど起こらず、充放電が自由で、自己放電率が非常に低くてエネルギー密度が高いという長所から脚光を浴びている。
このようなリチウム二次電池は、主にリチウム系酸化物と炭素材を各々正極活物質及び負極活物質として使用する。リチウム二次電池は、このような正極活物質及び負極活物質が各々塗布された正極板及び負極板がセパレーターを挟んで配置された電極組立体と、電極組立体を電解液と共に密封収納する外装材、例えば、電池パウチ外装材を備える。
最近は、携帯型電子機器のような小型装置のみならず、自動車や電力貯蔵装置のような中・大型装置にも二次電池が広く用いられている。このような中・大型装置に用いられる場合、容量及び出力を高めるために複数の二次電池が電気的に接続される。特に、このような中・大型装置には、積層及び収納が容易であるという長所から、パウチ型二次電池がよく用いられる。
一方、最近は、エネルギー貯蔵源としての活用を含めて大容量構造に対する必要性が高くなるにつれ、複数の二次電池を内部に収容した複数のバッテリーパックを備えた複数のバッテリーラック、このような複数のバッテリーラックを内部に保持するように構成されたコンテナ、及び複数のバッテリーラックを冷却するための空調機を含む電力貯蔵装置に対する需要が増加しつつある。
また、このような電力貯蔵装置における従来の一般的な空調機の場合、複数のバッテリーラックと複数のバッテリーパックの位置によって複数のバッテリーラック同士と、バッテリーパック同士の温度偏差が不可欠に発生するようになる。
例えば、従来技術においては、バッテリーシステムにおける従来の一般的な空調方式は、コンテナ壁の上部または下部へ冷たい冷却空気を供給しながらバッテリーパックの表面を冷却する方式である。しかし、このような空調方式は、電力貯蔵装置の運営条件(天気、充放電パターン、空調方式)によって複数のバッテリーパック同士の温度偏差が大きくなりやすいという問題があった。これによって、複数のバッテリーパックのうち温度が高くなったバッテリーパックの劣化が発生して寿命が短縮し、電力貯蔵装置の維持費用が上昇するという問題が発生した。
そこで、コンテナの内部に収容された複数のバッテリーパック同士の温度偏差を効果的に減らすための方案が求められる。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、冷却効率性の増大と共に冷媒の適切な供給能力が向上した電力貯蔵装置及び電力貯蔵システムを提供することを目的とする。
本発明の他の目的及び長所は、下記の説明によって理解でき、本発明の実施例によってより明らかに理解されるであろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示される手段及びその組合せによって実現することができる。
上記の課題を達成するための本発明による電力貯蔵装置は、
少なくとも二つ以上のバッテリーパックを備える少なくとも一つ以上のバッテリーラックと、
前記少なくとも一つ以上のバッテリーラックを収容するコンテナと、
各々が、冷媒が噴出される噴出口が形成されたノズルを備え、前記少なくとも二つ以上のバッテリーパックのうちいずれか一つに向かって冷媒噴出方向の個別的な転換及び冷媒噴出量の個別的な増減が可能に構成された少なくとも二つ以上の噴出ユニット、及び前記少なくとも二つ以上の噴出ユニット各々の前記冷媒の噴出方向及び冷媒噴出量を調節するように構成された制御ユニットを備える冷媒供給部と、前記コンテナ内部の昇温された冷媒を吸い込むように構成された冷媒吸入部と、を備える空調機と、を含む。
さらに、前記制御ユニットは、
前記少なくとも二つ以上のバッテリーパックのうち、相対的に高い温度を示す一部のバッテリーパックのみに冷媒が集中するように前記二つ以上の噴出ユニット各々の噴出方向を調整可能に構成され得る。
そして、前記制御ユニットは、
前記少なくとも二つ以上のバッテリーパックのうち、相対的に高い温度を示すバッテリーパックに向かって噴出する噴出ユニットの噴出量が、残りの噴出ユニットの噴出量よりも多くなるように調整可能に構成され得る。
さらに、前記冷媒供給部は、前記冷媒を前記噴出ユニットまで移動させる移動通路を有する給気ダクトを備え、
前記冷媒吸入部は、前記コンテナ内部の昇温された冷媒を再吸入するように吸入口が備えられ、吸入された冷媒を前記コンテナの外部へ移動するように延びた吸入ダクトを備え得る。
前記噴出ユニットは、
前記給気ダクトに固定され、前記給気ダクトの内部と連通するように入口が形成された固定部材と、
前記固定部材に結合し、結合した状態で回転可能に曲面を有する本体部と、
前記冷媒が噴出されるように前記本体部の端部が開口されて噴出口が形成された噴出ノズル部と、
前記噴出ノズル部の噴出口の少なくとも一部を遮るように移動可能に構成されたシャッターと、を備え得る。
そして、前記噴出ノズル部は、
前記少なくとも二つ以上のバッテリーパックのうちいずれか一つのバッテリーパックの位置によって噴出方向の長さが可変するように構成された延長管を具備え得る。
前記バッテリーラックは、
前記バッテリーパックが搭載された周辺部に、前記冷媒の前記バッテリーパックへの移動をガイドするように前記バッテリーパックの位置を基準で外側へ突出した傾斜壁を有するガイド部材が備えられ得る。
また、前記ガイド部材は、前記傾斜壁が前記バッテリーパックの位置を基準で外側へ突出した程度を変更するようにヒンジ構造で連結され得る。
さらに、前記ガイド部材には、熱伝導性材質を含み、前記傾斜壁の内側端部から前記バッテリーラックの内側方向へ延びるように構成された伝導部が備えられ得る。
そして、前記吸入ダクトは、前記吸入口の位置が移動可能に少なくとも一部分が位置移動するように構成され得る。
なお、上記のような目的を達成するための本発明による電力貯蔵システムは、前記電力貯蔵装置を少なくとも二つ以上含む。
本発明の一面によると、本発明は、少なくとも二つ以上のバッテリーパックのうちいずれか一つに向かって冷媒噴出方向の個別的な転換及び冷媒噴出量の個別的な増減が可能に構成された少なくとも二つ以上の噴出ユニットと、少なくとも二つ以上の噴出ユニット各々の冷媒の噴出方向及び噴出量を調節するように構成された制御ユニットと、を備える冷媒供給部を含むことで、複数のバッテリーパックのうち冷却が集中的に必要な特定のバッテリーパックにさらに多い冷媒を接触させることができる。
また、本発明の一実施例の一面によると、本発明は、制御ユニットを、少なくとも二つ以上のバッテリーパックのうち相対的に高い温度を示す一部のバッテリーパックのみに冷媒が集中するように二つ以上の噴出ユニット各々の噴出方向を調整可能に構成することで、残りのバッテリーパックよりも相対的に高い温度を有する特定のバッテリーパックに局所冷却(spot cooling)を行うことができる。即ち、本発明は、複数のバッテリーパックのうち冷却の集中施行が必要な一部特定のバッテリーパックのみを速やかに冷却することができるため、バッテリーパック同士の温度偏差を減らすだけではなく、迅速な冷却によってバッテリーパックの劣化を効果的に防止することができる。
そして、本発明の一面によると、本発明の噴出ユニットは、給気ダクトに固定され、給気ダクトの内部と連通するように入口が形成された固定部材と、このような固定部材に結合し、結合した状態で回転可能に曲面を有する本体部と、冷媒が噴出されるように本体部の端部が開口されて形成された噴出ノズル部と、 このような噴出ノズル部の開口の少なくとも一部を遮るように移動可能に構成されたシャッターと、を備えることで、噴出ノズル部の冷媒の噴出方向及び噴出量を効率的に制御することができる。これによって、本発明は、少なくとも二つ以上のバッテリーパックのうち、集中冷却が必要な特定のバッテリーパックの冷却をより迅速に行うことができる。
さらに、本発明の他の一面によると、バッテリーラックは、バッテリーパックが搭載された収容部に、冷媒のバッテリーパックへの移動をガイドするようにバッテリーパックの位置を基準で外側へ突出した傾斜壁を有するガイド部材が備えられることで、複数のバッテリーパックのうち噴出ユニットと相対的に遠い距離に位置したバッテリーパックに冷媒を効果的に伝達することができる。即ち、本発明は、ガイド部材を用いて、噴出ユニットが冷却空気を噴出した後、冷却空気の移動距離が長い場合、四方へ広がりやすいことによる局所冷却効率低下の問題を解決することができる。
また、本発明の他の一面によると、本発明のガイド部材は、傾斜壁がバッテリーパックの位置を基準で外側へ突出した程度を変更可能にヒンジ構造で連結されることで、ガイド部材の傾斜壁を広げ、特定のバッテリーパックに接触する冷媒の量を増加させることができる。これによって、本発明は、噴出ユニットとバッテリーパックとの距離によって局所冷却効率が劣る問題を解決することができる。
さらに、本発明の他の一面によると、本発明は、吸入ダクトを吸入口の位置が移動可能に構成することで、複数のバッテリーラックのうち、冷却がさらに必要なバッテリーラックに冷媒が集中するように制御することができる。これによって、複数のバッテリーラック同士の温度偏差を効果的に減らすことができる。究極的には、電力貯蔵装置の使用寿命を効果的に増加させることができる。
本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
本発明の一実施例による電力貯蔵装置を概略的に示した斜視図である。 本発明の一実施例による電力貯蔵装置の一部構成を概略的に示した斜視図である。 本発明の一実施例による電力貯蔵装置の一部構成であるバッテリーパックを概略的に示した斜視図である。 本発明の一実施例による電力貯蔵装置の空調機の内部構成を示す概念図である。 本発明の一実施例による電力貯蔵装置の一部構成である噴出ユニットを概略的に示した部分斜視図である。 本発明の他の一実施例による電力貯蔵装置の一部構成である噴出ユニットを概略的に示した部分斜視図である。 本発明の他の一実施例によるバッテリーラックを概略的に示す部分斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリーラックの一部構成を概略的に示した斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリーラックの一部構成を概略的に示した斜視図である。 本発明の他の一実施例による電力貯蔵装置の内部を概略的に示した斜視図である。 本発明の比較例1による電力貯蔵装置の一部構成を概略的に示した斜視図である。 本発明の実験例のシミュレーションを適用した仕様を示した表である。 本発明の実験例の実施例1のシミュレーション結果を示した表である。 本発明の実験例の比較例1のシミュレーション結果を示した表である。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び特許請求の範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。
したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。
図1は、本発明の一実施例による電力貯蔵装置を概略的に示した斜視図である。図2は、本発明の一実施例による電力貯蔵装置の一部構成を概略的に示した斜視図である。図3は、本発明の一実施例による電力貯蔵装置の一部構成であるバッテリーパックを概略的に示した斜視図である。そして、図4は、本発明の一実施例による電力貯蔵装置の空調機の内部構成を示した概念図である。
図1~図4を参照すると、本発明の電力貯蔵装置400は、少なくとも一つ以上のバッテリーラック300、前記バッテリーラック300を収容するコンテナ410及び空調機420を含み得る。
ここで、バッテリーラック300は、上下方向へ一列に配列された複数のバッテリーパック200と、これを収容するラックケース310と、を含む。ここで、本発明のバッテリーラック300は、ラックケース310の収容部312に搭載されて上下方向へ一列に配列された複数のバッテリーパック200を一つのバッテリーラック300に定義する。また、一つのラックケース310には、複数のバッテリーラック300が備えられ得る。
先ず、前記複数バッテリーパック200は、上下方向へ配列された形態で前記ラックケース310に収容されるように構成され得る。また、前記複数のバッテリーパック200は、パックハウジングと、このパックハウジングの内部に備えられて一方向に積層された複数の二次電池(図示せず)と、を備え得る。
具体的には、前記二次電池はパウチ型二次電池であり得る。特に、このようなパウチ型二次電池は、電極組立体(図示せず)、電解液(図示せず)及びパウチを備え得る。
前記各々の二次電池は、二つの広い面が前後方向に各々位置し、上、下、左、右方向にはシーリング部が位置するように地面にほぼ垂直に立てられるように配置され得る。言い換えれば、各二次電池は、上下方向へ立てられた形態で構成され得る。一方、本明細書においては、特別に説明しない限り、上、下、前、後、左、右方向は、F方向から見た場合を基準とする。
ここで、前記パウチは、凹んだ形態の収容部が形成されているパウチで構成され得る。また、前記収容部には、電極組立体及び電解液が収納され得る。そして、各々のパウチは、外部絶縁層、金属層及び内部接着層を備え、パウチの周縁部の内側には接着層が互いに溶着することで、シーリング部が形成され得る。さらに、前記二次電池の正極リード及び負極リードが形成された左右方向の端部の各々にテラス部が形成され得る。
そして、前記電極組立体は、電極活物質が塗布された電極板と分離膜との組立体であって、一つ以上の正極板及び一つ以上の負極板が分離膜を挟んで配置されるように構成され得る。また、前記電極組立体の正極板には、正極タブが備えられ、一つ以上の正極タブが正極リードと接続し得る。
ここで、前記正極リードは、一端が前記正極タブに接続し、他端がパウチの外部に露出し、このように露出した部分が二次電池の電極端子、例えば、二次電池の正極端子として機能できる。
また、前記電極組立体の負極板には負極タブが備えられ、一つ以上の負極タブが負極リードと接続し得る。そして、前記負極リードは、一端が前記負極タブに接続し、他端がパウチの外部に露出し、このように露出した部分が二次電池の電極端子、例えば、二次電池の負極端子として機能し得る。
さらに、前記バッテリーパック200は、前記複数の二次電池を電気的に相互に接続するように構成された少なくとも一つ以上のバスバー(図示せず)を備え得る。具体的には、前記バスバーは伝導性金属を含み得、例えば、銅、アルミニウム、ニッケルなどを含み得る。
一方、図2をさらに参照すると、前記ラックケース310は、前記複数のバッテリーパック200を各々収納保管できるように一側が開放された収納空間を有する収容部312を備え得る。前記複数の収容部312は、前記複数のバッテリーパック200が上下方向へ搭載されるように構成され得る。または、前記収容部312は、前記複数のバッテリーパック200が所定の間隔で離隔して配置されるように構成され得る。
さらに、前記複数の収容部312には各々、前記バッテリーパック200が上部に搭載されるように構成されたラックフレーム(図示せず)が備えられ得る。具体的には、前記ラックフレームは、ラックケース310の上下方向へ延びた外側壁と垂直な方向(水平方向)へ延びたプレート形態を有し得る。
そして、前記バッテリーパック200は、温度センサー270と、パックBMS230と、を備え得る。前記温度センサー270は、前記バッテリーパック200の内部温度を測定するように構成され得る。例えば、前記温度センサー270は、パックBMS230と通信するようにセンシングワイヤ271によって連結され得る。または、前記温度センサー270は、後述する制御ユニット424(図4)とセンシングワイヤによって連結され得る。
また、前記パックBMS230は、前記温度センサー270の温度情報を無線通信で伝送可能に構成され得る。このために、前記パックBMS230は、NFC無線通信ユニット、またはブルートゥース(登録商標)無線通信ユニット、またはRFID無線通信ユニットを備え得る。前記パックBMS230は、ラックBMS(図示せず)と無線通信するように構成され得る。例えば、前記パックBMS230は、前記温度センサー270からバッテリーパック200の内部温度情報を受け、前記ラックBMSに無線通信方式で温度情報を送信し得る。または、前記パックBMS230は、前記温度センサー270からバッテリーパック200の内部温度情報を受け、後述する制御ユニット424(図4)へ無線通信方式で温度情報を送信し得る。
さらに、前記ラックケース310は、前記パックBMS230と無線通信可能に構成されたラックBMS(図示せず)を備え得る。前記ラックBMSは、パックBMS230から温度情報を受信するように構成された無線信号用レシーバーユニット(図示せず)を備え得る。その他、ラックBMSは、パックBMS230から、電流、電圧などの情報を受信し得る。
一方、前記コンテナ410は、前記少なくとも一つ以上のバッテリーラック300を収容するように内部空間を有し得る。前記コンテナ410は、前記電力貯蔵装置400の外観を形成するように外壁を備え得る。例えば、前記コンテナ410は、内部に品物を保管できる一般的な類型のコンテナ410であり得る。ここで、コンテナの構成についての具体的な説明は省略する。
一方、前記空調機420は、温度センサー270及び制御ユニット424を用いて冷媒の供給と噴出を調節できる。前記空調機420は、温度センサー270によって測定されたバッテリーパック200の温度を基準で冷媒(図示せず)の供給量と噴出量を調節し得る。前記空調機420から供給された冷媒(例えば、冷却した空気)は、バッテリーパック200と接触しながら冷媒の温度が上昇するようになり、昇温された冷媒は空調機420にさらに吸入されて噴出され得る。
具体的には、前記空調機420は、冷媒供給部421と、冷媒吸入部426を備え得る。より具体的には、前記冷媒供給部421は、給気ダクト425と、少なくとも二つ以上の噴出ユニット422と、制御ユニット424と、を備え得る。
先ず、前記給気ダクト425は、前記バッテリーパック200よりも低い温度の冷媒を前記噴出ユニット422まで移動させるように構成され得る。前記給気ダクト425は、前記冷媒が移動する移動通路を有し得る。例えば、図2に示したように、前記給気ダクト425は、昇温された冷媒を冷却するように構成された外部の熱交換装置(図示せず)と連結されるように構成され得る。即ち、前記給気ダクト425は、前記熱交換装置から前記コンテナ410の外壁を貫通するように延びた形態を有し得る。
図5は、本発明の一実施例による電力貯蔵装置の一部構成である噴出ユニットを概略的に示した部分斜視図である。
図1~図4と共に図5を参照すると、前記噴出ユニット422は各々、冷媒が噴出される噴出口K1が形成されたノズルを備え得る。前記ノズルには、噴出された冷媒が一方向に移動するように噴出方向へ突出した噴出口K1が形成され得る。前記噴出ユニット422は、前記少なくとも二つ以上のバッテリーパック200のうちいずれか一つに向かって冷媒を噴出し得る。そして、前記少なくとも二つ以上の噴出ユニット422は各々、冷媒噴出方向の個別的な転換及び冷媒噴出量の個別的な増減が可能に構成され得る。
さらに、前記制御ユニット424は、前記少なくとも二つ以上の噴出ユニット422各々の前記冷媒の噴出方向と噴出量を調節するように構成され得る。例えば、前記制御ユニット424は、前記噴出ユニット422の噴出口K1の開度を増加または減少させるように制御し得る。また、前記制御ユニット424は、前記噴出ユニット422のノズルの方向を前記少なくとも二つ以上のバッテリーパック200のうちいずれか一つに向かって調整し得る。
また、前記冷媒吸入部426は、前記冷媒供給部421から供給された冷媒が前記バッテリーパック200の熱を吸収して昇温された場合、このように昇温された冷媒を吸い込むように構成され得る。例えば、前記冷媒吸入部426には、吸入ダクト428と、前記吸入ダクト428に形成された吸入口K2と、が備えられ得る。しかし、必ずしも図2に示した吸入ダクト428の構造的特徴に限定されることではなく、必要に応じて、前記吸入ダクト428は、前記コンテナ410の内部空間まで延びるように構成され得る。
さらに、前記空調機420は、外部の熱交換装置(図示せず)と連結されるように構成され得る。即ち、前記空調機420は、前記熱交換装置から冷却された冷媒を受けるか、または昇温された冷媒を送り出し得る。前記熱交換装置は、前記空調機420から受けた昇温された冷媒を凝縮または放熱する方式で冷媒の温度を低めることができる。
したがって、本発明のこのような構成によると、本発明は、前記少なくとも二つ以上のバッテリーパック200のうちいずれか一つに向かう冷媒噴出方向の個別的な転換と冷媒噴出量の個別的な増減が可能に構成された少なくとも二つ以上の噴出ユニット422と、前記少なくとも二つ以上の噴出ユニット422各々の前記冷媒の噴出方向と噴出量を調節するように構成された制御ユニット424を備える冷媒供給部421を含むことで、複数のバッテリーパック200のうち集中的な冷却が必要な特定のバッテリーパック200にさらに多い冷媒を接触させることができる。
例えば、複数のバッテリーパック200のうち、最も高い温度を示すバッテリーパック200に、前記少なくとも二つ以上の噴出ユニット422が各々冷媒を噴出して速やかに高温のバッテリーパック200を冷却し得る。これによって、前記バッテリーラック300に収容された少なくとも二つ以上のバッテリーパック200の温度偏差を最小化することができ、劣化によるバッテリーパック200の使用寿命の減少を防止することができる。
図2と共に図4をさらに参照すると、前記空調機420の制御ユニット424は、送風機423を稼動して外部の熱交換装置から前記給気ダクト425に冷媒を供給できる。この際、制御ユニット424は、前記バッテリーパック200に取り付けられた温度センサー270からバッテリーパック200の温度情報を受け、送風機423を稼動するか否かを決定し得る。
また、前記制御ユニット424は、前記少なくとも二つ以上のバッテリーパック200のうち、相対的に高い温度を示す一部のバッテリーパック200のみに冷媒が集中するように前記二つ以上の噴出ユニット422の各々の噴出方向を調整可能に構成され得る。例えば、前記制御ユニット424は、前記少なくとも二つ以上のバッテリーパック200に各々備えられた温度センサー270から基準値以上の温度値を受ける場合、基準値を超過したバッテリーパック200に二つ以上の噴出ユニット422の噴出方向を調整して、高い温度を示す一部のバッテリーパック200のみに冷媒が集中するようにすることができる。
したがって、本発明のこのような構成によると、本発明は、前記制御ユニット424を前記少なくとも二つ以上のバッテリーパック200のうち相対的に高い温度を示す一部のバッテリーパック200のみに冷媒が集中するように前記二つ以上の噴出ユニット422各々の噴出方向を調整可能に構成することで、残りのバッテリーパック200よりも相対的に高い温度を有する特定のバッテリーパック200に局所冷却を行うことができる。即ち、本発明の複数のバッテリーパック200のうち、集中冷却が必要な一部特定のバッテリーパック200のみを迅速に冷却することができることから、バッテリーパック200同士の温度偏差を減らすだけではなく、速やかな冷却によってバッテリーパック200の劣化を効果的に防止することができる。
さらに、前記制御ユニット424は、前記少なくとも二つ以上のバッテリーパック200のうち、相対的に高い温度を示すバッテリーパック200に向かって噴出する噴出ユニット422の噴出量が残りの噴出ユニット422の噴出量よりも多くなるように調整可能に構成され得る。
例えば、前記制御ユニット424は、前記少なくとも二つ以上のバッテリーパック200の各々に備えられた温度センサー270から基準値以上の温度値を受ける場合、基準温度値を超過したバッテリーパック200に二つ以上の噴出ユニット422の噴出量を調整し、高い温度を示す一部のバッテリーパック200に冷媒の供給量を増加させ得る。
一方、図2をさらに参照すると、前記冷媒吸入部426の吸入ダクト428は、コンテナ410の内部の冷媒を前記コンテナ410の外部へ移動させることができる移動空間が形成され、前記コンテナ410の外部へ延びた形態を有し得る。また、前記吸入ダクト428には、昇温された冷媒をさらに吸い込むように構成された吸入口K2が備えられ得る。
図2、図4及び図5をさらに参照すると、前記噴出ユニット422は、固定部材422aと、本体部422bと、噴出ノズル部422cと、シャッター422dと、を備え得る。
具体的には、前記固定部材422aは、前記給気ダクト425に移動可能な形態で固定され得る。即ち、前記固定部材422aは、前記給気ダクト425のうち噴出ユニット422の形成が必要な部分に形成され得る。また、前記固定部材422aは、必要に応じて分離可能に前記給気ダクト425の外壁にボルト結合または雌雄結合し得る。
例えば、前記固定部材422aは、リング状であり得る。また、前記固定部材422aは、前記給気ダクト425に形成された開口の周縁部425aに結合するように構成され得る。前記固定部材422aは、前記給気ダクト425の開口と連通するように入口が形成され得る。
また、前記本体部422bは、前記固定部材422aに移動可能な形態で結合するように構成され得る。例えば、前記本体部422bは、前記固定部材422aに結合した状態で回転可能に曲面を有し得る。この際、前記本体部422bは0~100°の角度範囲で回転可能に構成され得る。
さらに、前記本体部422bは、一端が前記給気ダクト425の内部に挿入され、他端が前記給気ダクト425の外部へ突出した形態を有し得る。また、前記噴出ノズル部422cは、前記制御ユニット424の制御によって回動できる。例えば、前記噴出ノズル部422cには、ゴムローラーやベルトなどが備えられたサーボモーター(図示せず)が複数個で備えられ得る。
さらに、前記サーボモーターは、前記本体部422bが回動するようにモーターの回転力を前記ゴムローラーやベルトなどを介して前記本体部422bに伝達できる。したがって、前記サーボモーターが回転することによって、前記噴出ノズル部422cの本体部422bが回動できる。そして、前記サーボモーターは、前記制御ユニット424の電力を受けて回動できる。より具体的には、前記サーボモーターの回転軸は、ゴムローラーの回転軸と連結されており、サーボモーターの回転によってゴムローラーは前記本体部422bの外面を加圧できる。そして、前記ゴムローラーから伝達された力によって前記本体部422bが回動できる。
さらに、前記噴出ノズル部422cは、冷媒が噴出されるように前記本体部422bの端部が開口して形成され得る。前記噴出ノズル部422cには、前記本体部422bの前記給気ダクト425の開口と連通した噴出口K1が形成され得る。また、前記噴出ノズル部422cの噴出口K1の周辺部には、前記噴出される冷媒の噴出方向をガイドするように外部へ突出したスリーブ422c1が備えられ得る。
そして、前記シャッター422dは、前記噴出ノズル部422cの噴出口K1の少なくとも一部を遮るように移動可能に構成された部材であり得る。即ち、前記シャッター422dは、前記噴出ノズル部422cの噴出口K1の開度を調節するダンパーであるといえる。
また、前記シャッター422dは、前記制御ユニット424によって制御され得る。前記シャッター422dは、前記噴出ノズル部422cから噴出される冷媒の量を増加させるように、前記噴出ノズル部422cの噴出口K1の開度を1%から100%に開放し得る。または、逆に、前記シャッター422dは、前記噴出ノズル部422cから噴出される冷媒の量を減少させるように、前記噴出ノズル部422cの噴出口K1の開度を100%から0%に変更し得る。ここで、「開度」とは、開口の全体大きさに対して開口された面積の割合を意味する。
また、前記シャッター422dは、前記本体部422bの内部に位置し得る。前記シャッター422dは、前記本体部422bの内面に沿って摺動可能に曲面を有し得る。前記噴出ユニット422には、シャッター422dの位置を移動させることができる移動ねじ422d1が設けられ得る。即ち、前記シャッター422dは、前記移動ねじ422d1の回転によって前記本体部422bの内面に沿って移動するように構成され得る。
また、前記移動ねじ422d1は、前記制御ユニット424によって調整され得る。例えば、前記移動ねじ422d1は、サーボモーター(図示せず)の回転力を受けるようにモーターの回転軸と連結され得る。そして、前記サーボモーターは、前記制御ユニット424によって電力を受けて回転軸の回転程度が制御され得る。即ち、前記制御ユニット424は、前記シャッター422dの位置を移動させることで、前記噴出ノズル部422cの噴出口K1の開度を調節するように構成され得る。
したがって、本発明のこのような構成によると、前記噴出ユニット422は、前記給気ダクト425に固定され、前記給気ダクト425の内部と連通するように入口が形成された固定部材422aと、前記固定部材422aに結合し、結合された状態で回転可能に曲面を有する本体部422bと、前記冷媒が噴出されるように前記本体部422bの端部が開口されて形成された噴出ノズル部422cと、前記噴出ノズル部422cの開口の少なくとも一部を遮るように移動可能に構成されたシャッター422dと、を備えることで、前記噴出ノズル部422cの冷媒の噴出方向及び噴出量を効率的に制御できる。これによって、本発明は、少なくとも二つ以上のバッテリーパック200のうち、特定のバッテリーパック200の冷却をより迅速に行うことができる。
図6は、本発明の他の一実施例による電力貯蔵装置の一部構成である噴出ユニットを概略的に示す部分斜視図である。
図2及び図4と共に図6を参照すると、他の一実施例による噴出ユニット422Aは、図5の噴出ユニット422と比較する場合、前記噴出ノズル部422cに延長管422eがさらに備えられている。前記延長管422eは、前記少なくとも二つ以上のバッテリーパック200のうち、いずれか一つのバッテリーパック200の位置によって噴出方向の長さが可変するように構成され得る。
例えば、前記延長管422eは、互いに連結された三つの管422e1、422e2、422e3を有し得る。前記三つの管422e1、422e2、422e3は、管径が相違に構成され得る。前記三つの管422e1、422e2、422e3は、前記固定部材422aを基準で相対的に遠く位置するほど管径が小さく形成され得る。そして、三つの管422e1、422e2、422e3のうち、相対的に管径が大きい管に相対的に管径が小さい管が挿入されて移動可能に構成され得る。
例えば、前記延長管422eは、第1管422e1、第2管422e2及び第3管422e3を備え得る。前記延長管422eは、前記第1管422e1、第2管422e2及び第3管422e3の順に段階的に管径が小さくなるように構成され得る。即ち、前記延長管422eは、管の全長を延ばすために、前記第1管422e1から第2管422e2が取り出され、第3管422e3が前記第2管422e2から取り出されるように構成され得る。逆に、前記延長管422eは、管の全長を縮小するのために、第3管422e3が第2管422e2の内部に入り込み、第2管422e2が第1管422e1に入り込むように構成され得る。
図7は、本発明の他の一実施例によるバッテリーラックを概略的に示す部分斜視図である。そして、図8及び図9は、本発明の一実施例によるバッテリーラックの一部構成を概略的に示す斜視図である。
図7~図9を参照すると、本発明の他の一実施例によるバッテリーラック300Aには、図2のバッテリーラック300と比較する場合、ガイド部材430がさらに備えられ得る。前記ガイド部材430は、前記ラックケース310の前記バッテリーパック200が搭載された収容部312に備えられ得る。前記ガイド部材430には、噴出ユニット422から噴出された冷媒が前記バッテリーパック200へ移動することをガイドするように前記バッテリーパック200の位置を基準で外側へ突出した傾斜壁432が備えられ得る。
例えば、図7に示したように、前記バッテリーラック300の最下端に位置したバッテリーパック200を収容した収容部312には、ガイド部材430が備えられ得る。前記ガイド部材430には、前記バッテリーパック200に冷媒が移動するように前記バッテリーパック200の位置を基準で外側へ突出した傾斜壁432が備えられ得る。これによって、前記ガイド部材430は、前記バッテリーパック200の周囲へ分散する冷媒の量を減らすことができ、効果的な局所冷却を助けることができる。
したがって、本発明のこのような構成によると、前記バッテリーラック300は、前記バッテリーパック200が搭載された収容部312に、冷媒が前記バッテリーパック200へ移動することをガイドするように前記バッテリーパック200の位置を基準で外側へ突出した傾斜壁432を有するガイド部材430が備えられることで、前記複数のバッテリーパック200のうち、前記噴出ユニット422と相対的に遠い距離に位置したバッテリーパック200に冷媒を効果的に伝達できる。即ち、本発明は、前記ガイド部材430を用いて、噴出ユニット422が冷却空気を噴出した後、冷却空気の移動距離が長い場合、四方へ広がりやすいことにより局所冷却の効率が低下する問題を解決することができる。
一方、図4と共に図7及び図8をさらに参照すると、前記ガイド部材430は、前記傾斜壁432が前記バッテリーパック200の位置を基準で外側への突出程度を変更できるようにヒンジ構造H1で連結されるように構成され得る。また、前記傾斜壁432の回転は、前記制御ユニット424によって制御され得る。例えば、前記傾斜壁432のヒンジ構造H1の回転軸は、サーボモーター(図示せず)と連結され得る。前記ガイド部材430の傾斜壁432は、前記制御ユニット424の電力を受けたサーボモーターの回転によって外側へ突出するように広げられるか、または逆に内側へ畳まれるように回動し得る。
したがって、本発明のこのような構成によると、前記ガイド部材430は、前記傾斜壁432が前記バッテリーパック200の位置を基準で外側へ突出した程度を変更できるようにヒンジ構造H1で連結されることで、前記ガイド部材430の傾斜壁432を広げ、特定のバッテリーパック200に接触する冷媒の量を増加させることができる。これによって、本発明は、噴出ユニット422とバッテリーパック200との距離によって局所冷却の効率が劣る問題を解決することができる。
さらに、前記ガイド部材430には、伝導部434が備えられ得る。前記伝導部434は、熱伝導性材質を含み得る。例えば、前記熱伝導性材質は、アルミニウムまたは銅であり得る。前記伝導部434は、前記傾斜壁432の内側端部から前記バッテリーラック300の内側方向へ延びる形態を有し得る。即ち、前記伝導部434は、前記バッテリーパック200の外面の少なくとも一部と接触するように構成され得る。そして、前記伝導部434は、前記バッテリーパック200から伝達された熱を前記傾斜壁432へ伝導できる。
したがって、本発明のこのような構成によると、前記ガイド部材430は、熱伝導性材質を含んで前記傾斜壁432の内側端部から前記バッテリーラック300の内側方向へ延びるように構成された伝導部434を備えることで、前記バッテリーラック300の収容部312の内側に位置したバッテリーパック200の後部を冷却できる。これによって、本発明は、ガイド部材430の伝導部434を用いてバッテリーパック200の局所冷却効率を極大化することができる。
図10は、本発明の他の一実施例による電力貯蔵装置の内部を概略的に示す斜視図である。
図10を参照すると、本発明の他の一実施例に他の電力貯蔵装置400Bは、図2の電力貯蔵装置400とは異なり、吸入ダクト428Bが前記コンテナ410の内部まで延びた形態を有し得る。また、前記吸入ダクト428Bは、吸入口K2の位置が移動可能に構成され得る。例えば、前記吸入ダクト428Bの少なくとも一部の位置が移動するように構成され得る。前記吸入ダクト428Bの一部の位置移動によって、前記吸入ダクト428Bに形成された吸入口K2の位置も共に移動できる。
例えば、本発明の電力貯蔵装置400Bは、複数のバッテリーラック300が備えられる場合、前記複数のバッテリーラック300のうち、搭載されたバッテリーパック200の平均温度が相対的に高いバッテリーラック300に冷媒が集中するように、前記吸入ダクト428Bの吸入口K2の位置を相対的に高い温度を有するバッテリーラック300に近く移動させることができる。
この際、前記吸入ダクト428Bのコンテナ410の内部に挿入された長さが減少または増加するように制御され得る。例えば、前記吸入ダクト428Bは、複数の分割されたダクトが結合した形態であり得る。プッシュ装置427と前記プッシュ装置427のプッシュ軸427aに連結されたプッシュ棒429を用いて、前記吸入ダクト428Bの延長方向の末端部を一方向へ押して前記吸入ダクト428Bの延長長さを縮小させることができる。
逆に、プッシュ装置427と連結されたプッシュ棒429を用いて、前記吸入ダクト428Bの末端部を他方へ引っ張って前記吸入ダクト428Bの延長長さを増加させることができる。この際、プッシュ棒429は、前記吸入ダクト428Bの端部と連結され得る。また、前記空調機420の制御ユニット424(図4)は、電気信号を伝達して前記吸入ダクト428Bの長さを延長または縮小するように、前記吸入ダクト428Bの一部を移動制御できる。
したがって、本発明のこのような構成によると、本発明は、前記吸入ダクト428Bを吸入口K2の位置を移動可能に構成することで、複数のバッテリーラック300のうち、冷却がより必要なバッテリーラック300に冷媒が集中するように制御することができる。これによって、複数のバッテリーラック300同士の温度偏差を効果的に減らすことができる。窮極的には、電力貯蔵装置400Bの使用寿命を効果的に増やすことができる。
一方、本発明の一実施例による電力貯蔵システムは、前述した電力貯蔵装置を少なくとも二つ以上含み得る。また、前記電力貯蔵システムは、複数の電力貯蔵装置の充電、放電及び電力遮断を制御するコントロールタワーを備え得る。
以下、本発明の理解を助けるために、実施例と実験例を挙げて詳細に説明するが、本発明がこれらの実施例及び実験例によって制限されることではない。本発明による実施例は、多くの他の形態に変形されることができ、本発明の範囲が後述する実施例に限定されると解釈されてはならない。本発明の実施例は当業界で平均的な知識を有する者に本発明をより完全に説明するために提供されるものである。
<実施例1>
本発明の実施例1の電力貯蔵装置400は、図2に示した電力貯蔵装置400と同じ構成である。即ち、実施例1の電力貯蔵装置400は、一つのバッテリーラック300に17個のバッテリーパック200が上下方向へ配列された状態で搭載されて構成されており、このようなラック30個がコンテナ410内に備えられている。そして、コンテナ410内には左右上端に各々給気ダクト425が備えられ、各々の給気ダクト425には、冷媒が給気される15個の噴出ユニットが互いに所定の間隔で離隔して形成されている。また、昇温された冷媒を吸い込んで外部へ排出されるようにコンテナ410の前壁及び後壁に各々吸入口K2を形成した。さらに、温度センサーは、バッテリーパック200の外面において、ラックケースの収容部の内側に近い一部分に備えられるようにした。
<比較例1>
比較例1の電力貯蔵装置400Cは、図11に示したように、給気ダクトと噴出ユニットの構成が省略され、その代わりにコンテナ410の前壁及び後壁の各々の上端に冷媒を供給する供給口K3を形成した。また、昇温された冷媒を吸い込んで外部へ排出されるようにコンテナ410の前壁及び後壁に各々吸入口K2を形成した。その他の残りの構成は、実施例1の電力貯蔵装置400の構成と同一に構成した。
<実験例>
コンピューターによって流体と気体との相互作用をシミュレーションする計算流体力学シミュレーション(C.F.D Simulation,製品名: Siemens STAR-CCM+,バージョン:13.04.010)を用いて、本発明の実施例1及び比較例1各々の電力貯蔵装置の冷却性能を評価した。シミュレーションを適用した仕様は、図12に示した表のようである。また、実施例1及び比較例1のシミュレーション結果を図13及び図14の各々の表に示した。
まず、図13及び図14の表を見れば、実施例1及び比較例1の電力貯蔵装置を比較する場合、最高温度を示したバッテリーパックの温度は、実施例1が比較例1よりも1.19℃(-3.81%)低いことが確認される。また、最低温度を示したバッテリーパックの温度は、実施例1が比較例1よりも0.27℃(-1.01%)低いことが確認される。そして、全体のバッテリーパックの平均温度は、実施例1が比較例1よりも1.09℃(-3.79%)低いことが確認される。さらに、全体のバッテリーラックの最大偏差は、実施例1が比較例1よりも0.6℃(-15.75%)減少した。
結論的に、本発明の実施例1による電力貯蔵装置は、噴出ユニットを備えた給気ダクトを使用して、これを備えない比較例1よりも全体のバッテリーパックの平均温度を低めることができた。即ち、電力貯蔵装置に備えられたバッテリーパックの全体的な冷却性能が向上した効果を奏した。また、全体のバッテリーラックの最大偏差を減少させることで、バッテリーラック同士の温度不均衡が減少したことを確認することができた。言い換えれば、電力貯蔵装置は、冷却効率性の増大と共に冷却気流の適切な供給能力が向上したことを確認することができた。
一方、本明細書において、上、下、左、右、前、後のような方向を示す用語が使用されたが、このような用語は相対的な位置を示し、説明の便宜のためのものであるだけで、対象となる事物の位置や観測者の位置などによって変わり得ることは、当業者にとって自明である。
以上のように、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の属する技術分野における通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。
200 バッテリーパック
300 バッテリーラック
310 ラックケース
400 電力貯蔵装置
410 コンテナ
420 空調機
421 冷媒供給部
422 噴出ユニット
422a 固定部材
422b 本体部
422c 噴出ノズル部
422d シャッター
422e 延長管
424 制御ユニット
425 給気ダクト
426 冷媒吸入部
428 吸入ダクト
430 ガイド部材
432 傾斜壁
434 伝導部
H1 ヒンジ構造

Claims (11)

  1. 少なくとも二つ以上のバッテリーパックを備える少なくとも一つ以上のバッテリーラックと、
    前記少なくとも一つ以上のバッテリーラックを収容するコンテナと、
    各々が、冷媒が噴出される噴出口が形成されたノズルを備え、前記少なくとも二つ以上のバッテリーパックのうちいずれか一つに向かって冷媒噴出方向の個別的な転換及び冷媒噴出量の個別的な増減が可能に構成された少なくとも二つ以上の噴出ユニット、及び前記少なくとも二つ以上の噴出ユニット各々の前記冷媒の噴出方向及び冷媒噴出量を調節するように構成された制御ユニットを備える冷媒供給部と、前記コンテナ内部の昇温された冷媒を吸い込むように構成された冷媒吸入部と、を備える空調機と、
    を含み、
    前記冷媒供給部は、前記冷媒を前記噴出ユニットまで移動させる移動通路を有する給気ダクトを備え、
    前記給気ダクトから前記コンテナ内部に噴出される前記冷媒は、前記ノズルを経由して前記コンテナ内部に供給されることを特徴とする、電力貯蔵装置。
  2. 前記制御ユニットは、
    前記少なくとも二つ以上のバッテリーパックのうち、相対的に高い温度を示す一部のバッテリーパックのみに冷媒が集中するように前記二つ以上の噴出ユニット各々の噴出方向を調整可能に構成されたことを特徴とする、請求項1に記載の電力貯蔵装置。
  3. 前記制御ユニットは、
    前記少なくとも二つ以上のバッテリーパックのうち、相対的に高い温度を示すバッテリーパックに向かって噴出する噴出ユニットの噴出量が、残りの噴出ユニットの噴出量よりも多くなるように調整可能に構成されたことを特徴とする、請求項1に記載の電力貯蔵装置。
  4. 記冷媒吸入部は、前記コンテナ内部の昇温された冷媒を再吸入するように吸入口が備えられ、吸入された冷媒を前記コンテナの外部へ移動するように延びた吸入ダクトを備えることを特徴とする、請求項1に記載の電力貯蔵装置。
  5. 前記噴出ユニットは、
    前記給気ダクトに固定され、前記給気ダクトの内部と連通するように入口が形成された固定部材と、
    前記固定部材に移動可能な形態で結合した本体部と、
    前記冷媒が噴出されるように前記本体部の端部が開口されて噴出口が形成された噴出ノズル部と、
    前記噴出ノズル部の噴出口の少なくとも一部を遮るように移動可能に構成されたシャッターと、を備えることを特徴とする、請求項4に記載の電力貯蔵装置。
  6. 少なくとも二つ以上のバッテリーパックを備える少なくとも一つ以上のバッテリーラックと、
    前記少なくとも一つ以上のバッテリーラックを収容するコンテナと、
    各々が、冷媒が噴出される噴出口が形成されたノズルを備え、前記少なくとも二つ以上のバッテリーパックのうちいずれか一つに向かって冷媒噴出方向の個別的な転換及び冷媒噴出量の個別的な増減が可能に構成された少なくとも二つ以上の噴出ユニット、及び前記少なくとも二つ以上の噴出ユニット各々の前記冷媒の噴出方向及び冷媒噴出量を調節するように構成された制御ユニットを備える冷媒供給部と、前記コンテナ内部の昇温された冷媒を吸い込むように構成された冷媒吸入部と、を備える空調機と、
    を含み、
    前記噴出ユニットは、前記冷媒が噴出されるように噴出口が形成された噴出ノズル部を備え、
    前記噴出ノズル部は、
    前記少なくとも二つ以上のバッテリーパックのうちいずれか一つのバッテリーパックの位置によって噴出方向の長さが可変するように構成された延長管を具備することを特徴とする、電力貯蔵装置。
  7. 前記バッテリーラックは、
    前記バッテリーパックが搭載された周辺部に、前記冷媒の前記バッテリーパックへの移動をガイドするように前記バッテリーパックの端部の位置を基準として外側へ突出した傾斜壁を有するガイド部材が備えられたことを特徴とする、請求項4に記載の電力貯蔵装置。
  8. 少なくとも二つ以上のバッテリーパックを備える少なくとも一つ以上のバッテリーラックと、
    前記少なくとも一つ以上のバッテリーラックを収容するコンテナと、
    各々が、冷媒が噴出される噴出口が形成されたノズルを備え、前記少なくとも二つ以上のバッテリーパックのうちいずれか一つに向かって冷媒噴出方向の個別的な転換及び冷媒噴出量の個別的な増減が可能に構成された少なくとも二つ以上の噴出ユニット、及び前記少なくとも二つ以上の噴出ユニット各々の前記冷媒の噴出方向及び冷媒噴出量を調節するように構成された制御ユニットを備える冷媒供給部と、前記コンテナ内部の昇温された冷媒を吸い込むように構成された冷媒吸入部と、を備える空調機と、
    を含み、
    前記バッテリーラックは、
    前記バッテリーパックが搭載された周辺部に、前記冷媒の前記バッテリーパックへの移動をガイドするように前記バッテリーパックの位置を基準で外側へ突出した傾斜壁を有するガイド部材が備えられ、
    前記ガイド部材は、前記傾斜壁が前記バッテリーパックの位置を基準で外側へ突出した程度を変更するようにヒンジ構造で連結されたことを特徴とする、請求項7に記載の電力貯蔵装置。
  9. 前記ガイド部材には、熱伝導性材質を含み、前記傾斜壁の内側端部から前記バッテリーラックの内側方向へ延びるように構成された伝導部が備えられたことを特徴とする、請求項7に記載の電力貯蔵装置。
  10. 少なくとも二つ以上のバッテリーパックを備える少なくとも一つ以上のバッテリーラックと、
    前記少なくとも一つ以上のバッテリーラックを収容するコンテナと、
    各々が、冷媒が噴出される噴出口が形成されたノズルを備え、前記少なくとも二つ以上のバッテリーパックのうちいずれか一つに向かって冷媒噴出方向の個別的な転換及び冷媒噴出量の個別的な増減が可能に構成された少なくとも二つ以上の噴出ユニット、及び前記少なくとも二つ以上の噴出ユニット各々の前記冷媒の噴出方向及び冷媒噴出量を調節するように構成された制御ユニットを備える冷媒供給部と、前記コンテナ内部の昇温された冷媒を吸い込むように構成された冷媒吸入部と、を備える空調機と、
    を含み、
    前記冷媒吸入部は、前記コンテナ内部の昇温された冷媒を再吸入するように吸入口が備えられ、吸入された冷媒を前記コンテナの外部へ移動するように延びた吸入ダクトを備え、
    前記吸入ダクトは、前記吸入口の位置が移動可能に、少なくとも一部分が位置移動するように構成されたことを特徴とする、請求項4に記載の電力貯蔵装置。
  11. 請求項1から10のいずれか一項に記載の電力貯蔵装置を少なくとも二つ以上含む、電力貯蔵システム。
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