KR101179307B1 - 에너지 저장장치 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장장치 모듈은 전극이 순차적으로 연결된 복수개의 에너지 저장 유닛; 상기 에너지 저장 유닛 사이에 각각 구비되며, 상기 에너지 저장 유닛을 냉각시키기 위해 내부에 냉각수 유로가 형성되는 냉각플레이트; 및 상기 에너지 저장 유닛과 상기 냉각플레이트를 둘러싸며, 상기 냉각수가 유입되고 유출되도록 하는 유입구 및 유출구를 구비하여 상기 냉각 플레이트에 상기 냉각수를 공급하는 하우징;을 포함하며, 상기 하우징과 상기 냉각플레이트는 일체로 형성될 수 있다.

Description

에너지 저장장치 모듈{Energy storage device module}
본 발명은 에너지 저장장치 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 에너지 저장 유닛을 냉각시켜 모듈의 수명 및 성능을 향상시키도록 하는 에너지 저장장치 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 에너지 저장장치는 전기 에너지를 내부에 저장하여 필요 시 외부로 공급하는 장치를 의미한다. 근래에는 이러한 에너지 저장장치로 2차 전지(Ni-MH battery, 리튬 이온 배터리(Li ion battery: LiB) 등) 또는 전기화학 캐패시터(슈퍼캐패시터)를 의미하는 경우가 많다.
이러한 리튬 이온 배터리와 같은 2차 전지는 에너지 밀도가 높은 대표적인 에너지 저장장치이다. 그러나 2차 전지는 슈퍼캐패시터에 비해 출력 특성이 제한적인데 반해, 슈퍼 캐패시터는 고출력 저장장치이지만, 리튬 이온 배터리에 비해 에너지 밀도가 낮은 한계를 갖고 있다.
따라서, 각각의 한계를 극복하고자 에너지 저장장치는 복수개를 전기적으로 연결(직렬 또는 병렬)하여 대용량의 에너지를 제공하고 출력특성을 향상시키도록 하는 에너지 저장장치 모듈이 개발되는 추세이다.
이러한 에너지 저장장치 모듈에 있어서, 대용량의 에너지를 제공하고 출력특성을 향상시키기 위한 중요한 인자 중 하나가 냉각에 대한 부분이다.
종래에는 에너지 저장장치 모듈의 냉각 시스템은 공랭을 이용한 히트싱크 방식을 사용하는 것으로, 상기 에너지 저장장치 모듈의 외부에 냉각 팬을 추가적으로 설치해야 했다.
그러나, 추가적인 냉각 팬의 구성은 냉각 팬의 형성 위치에 따라 에너지 저장장치 모듈 내부의 온도 분포 차이가 크게 된다는 문제점이 있다.
또한, 에너지 저장장치 모듈의 외부가 차폐되는 환경에 놓인다면 냉각 팬을 통해 냉각을 시킨다고 해도 모듈 내부의 온도가 낮아지지 않는다는 문제가 발생하였다.
따라서, 에너지 저장장치 모듈의 냉각 효율을 극대화하여 모듈의 열 특성을 향상시키도록 하는 연구가 시급한 실정이다.
본 발명의 목적은 냉각 구조를 개선하여 모듈의 열 특성을 향상시킴으로써 모듈의 안정성 및 수명을 높이도록 하는 에너지 저장장치 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장장치 모듈은 전극이 순차적으로 연결된 복수개의 에너지 저장 유닛; 상기 에너지 저장 유닛 사이에 각각 구비되며, 상기 에너지 저장 유닛을 냉각시키기 위해 내부에 냉각수 유로가 형성되는 냉각플레이트; 및 상기 에너지 저장 유닛과 상기 냉각플레이트를 둘러싸며, 상기 냉각수가 유입되고 유출되도록 하는 유입구 및 유출구를 구비하여 상기 냉각 플레이트에 상기 냉각수를 공급하는 하우징;을 포함하며, 상기 하우징과 상기 냉각플레이트는 일체로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장장치 모듈의 상기 전극과 상기 냉각플레이트는 접촉을 방지하기 위해 이격되어 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장장치 모듈의 상기 전극은 상기 에너지 저장 유닛의 일측면에 형성되고, 상기 냉각플레이트는 상기 전극이 형성된 상기 에너지 저장 유닛의 일측면의 높이보다 낮은 높이로 형성되어 상기 전극과 상기 냉각플레이트의 접촉을 방지하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장장치 모듈의 상기 에너지 저장 유닛은 단일개 또는 복수개의 에너지 저장장치로 구성된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장장치 모듈의 상기 유입구 및 상기 유출구는 상기 냉각 유로와 연통되어 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장장치 모듈의 상기 에너지 저장 유닛과 상기 냉각플레이트는 서로 접촉되어 위치하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장장치 모듈의 상기 하우징과 상기 냉각플레이트는 일체로 형성된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장장치 모듈의 상기 하우징은 상기 에너지 저장 유닛을 수용하는 본체부와 상기 본체부를 밀폐시키는 덮개부로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 에너지 저장장치 모듈에 의하면, 냉각 효율이 증가하여 모듈의 수명 및 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 에너지 저장장치 모듈을 구성하는 에너지 저장 유닛을 고정할 수 있으므로 진동 및 충격에 의한 파손을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장장치 모듈을 도시한 개략 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장장치 모듈을 도시한 개략 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장장치 모듈을 도시한 개략 단면도(도 1의 A-A'선의 단면도).
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장장치 모듈 내에 냉각수의 흐름을 도시한 개략 사시도(도 3의 B-B'선의 절개 사시도).
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장장치 모듈을 도시한 개략 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장장치 모듈(300)은 에너지 저장 유닛(100), 하우징(230) 및 냉각플레이트(200)를 포함할 수 있다.
상기 에너지 저장 유닛(100)은 전기 에너지를 내부에 저장하여 필요 시 외부로 공급하는 장치로 2차 전지(Ni-MH battery, 리튬 이온 배터리(Li ion battery: LiB) 등) 또는 전기화학 캐패시터(슈퍼캐패시터)일 수 있다.
다만, 상기 에너지 저장 유닛(100)은 상기 언급한 종류에 한정되지 않으며, 전기 에너지를 저장한 후 외부에 공급할 수 있는 장치라면 종류에 구애받지 않음을 밝혀둔다.
상기 에너지 저장 유닛(100)은 전극(120)을 구비할 수 있으며, 상기 전극(120)은 양극전극 및 음극전극일 수 있다.
상기 양극전극 또는 음극전극은 후술할 단자 연결부재(130)에 의해 다른 에너지 저장 유닛(100)의 양극전극 또는 음극전극과 연결될 수 있으며, 다시 말하면 상기 단자 연결부재(130)는 상기 에너지 저장 유닛(100)의 전극(120)에 체결되어 다수의 에너지 저장 유닛(100)들을 직렬 또는 병렬로 전기적으로 연결한다.
상기 단자 연결부재(130)에 의해 전기적으로 직렬 또는 병렬 연결된 상기 에너지 저장 유닛(100)은 대용량의 에너지를 제공할 수 있으며, 상기 에너지 저장장치 모듈(300)의 출력특성을 향상시킬 수 있다.
상기 하우징(230)은 덮개부(220)와 본체부(210)로 구성될 수 있으며, 상기 에너지 저장장치 모듈(300)의 외관을 구성할 수 있다.
상기 본체부(210) 내부에는 후술할 냉각플레이트(200)가 구비될 수 있으며, 상기 냉각플레이트(200)는 상기 본체부(210) 내부의 격벽을 형성하게 된다.
또한, 상기 냉각플레이트(200)는 상기 에너지 저장 유닛(100)의 일면과 전체적으로 접촉하여 상기 에너지 저장 유닛(100)을 냉각시키는 냉각장치로서 기능을 할 수 있다.
여기서, 상기 냉각플레이트(200)는 상기 에너지 저장 유닛(100)을 냉각시키는 기능 이외에 상기 본체부(210) 내부의 격벽을 형성하게 되므로, 상기 본체부(210) 내부에 위치한 상기 에너지 저장 유닛(100)을 안정적으로 고정할 수 있다.
따라서, 외부충격이나 진동에 의한 상기 에너지 저장장치 모듈(300)의 파손을 방지할 수 있으므로 상기 에너지 저장장치 모듈(300)의 수명을 연장시킬 수 있다.
상기 에너지 저장장치 모듈(300) 및 상기 에너지 저장장치 모듈(300)을 구성하는 구성요소에 대해서는 도 2 내지 도 4를 참조하여 자세히 후술하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장장치 모듈을 도시한 개략 분해 사시도(도 1의 A-A'선의 단면도)이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장장치 모듈을 도시한 개략 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장장치 모듈(300)은 앞서 언급한 바와 같이 에너지 저장 유닛(100), 하우징(230) 및 냉각플레이트(200)를 포함할 수 있다.
상기 에너지 저장 유닛(100)은 단일개의 에너지 저장장치로 형성될 수 있으며, 대용량의 에너지 제공을 위해 복수개로 형성되어도 무방하다.
즉, 상기 에너지 저장 유닛(100)을 형성하는 에너지 저장장치의 갯수는 제한이 없으며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자의 수준에서 변경 가능함을 밝혀둔다.
상기 에너지 저장 유닛(100)은 저장몸체(110) 및 전극(120)으로 구성될 수 있으며, 상기 복수개의 에너지 저장 유닛(100)을 전기적으로 연결하기 위해 단자 연결부재(130) 및 고정부재(140)를 포함할 수 있다.
상기 저장몸체(110) 내부에는 에너지를 저장할 수 있는 소자가 내재되어 있으며, 상기 에너지 저장 유닛(100)이 전기화학 캐패시터(슈퍼캐패시터)라면, 내부에는 전기이중층 등이 형성될 수 있다.
상기 저장몸체(110)의 일면에는 전극(120)이 형성되어 있으며, 상기 저장몸체(110)의 일면에서 외부로 돌출되어 형성될 수 있다.
여기서, 상기 전극(120)은 상기 저장몸체(110) 내부에 구비되는 양, 음극판의 집전체(미도시) 등과 전기적으로 연결되는 단자일 수 있다.
복수개의 상기 에너지 저장 유닛(100)에 형성된 상기 전극(120)은 단자 연결부재(130)에 의해 전기적으로 연결될 수 있으며, 상기 단자 연결부재(130)는 상기 저장몸체(110)의 일면에서 돌출 형성된 상기 전극(120)이 삽입되도록 삽입홀을 형성할 수 있다.
따라서, 상기 삽입홀에 상기 전극(120)이 삽입되어 복수개의 상기 에너지 저장 유닛(100)은 전기적으로 연결되게 된다.
또한, 상기 전극(120)이 상기 단자 연결부재(130)가 삽입된 후 상기 전극(120)을 고정시키기 위한 수단으로 고정부재(140)가 구비될 수 있다.
상기 고정부재(140)는 상기 단자 연결부재(130)의 일면과 접촉하는 부재로, 상기 단자 연결부재(130)에 상기 전극(120)이 삽입된 이후 상기 전극(120)에 삽입될 수 있다.
따라서, 상기 고정부재(140)에 의해 상기 단자 연결부재(130)는 상기 전극(120)에 안정적으로 고정될 수 있다.
다만, 최외각에 위치한 상기 전극(120)은 외부의 전원입력장치의 단자(미도시)와 전기적으로 연결되기 위해 상기 단자 연결부재(130)가 필요하지 않을 수 있으며, 최외각에 위치한 상기 전극(120)은 상기 에너지 저장장치 모듈(300)에 전원을 공급하게 된다.
여기서, 상기 고정부재(140)는 링 형상의 부재를 설명하였으나, 링 형상에 한정되지 않으며, 나사 등과 같이 상기 단자 연결부재(130)와 상기 전극(120)을 고정할 수 있는 수단이면 어떠한 체결부라도 무방함을 밝혀둔다.
상기 하우징(230)은 상기 에너지 저장장치 모듈(300)의 외관을 형성하는 것으로 덮개부(220)와 본체부(210)를 포함할 수 있다.
상기 본체부(210) 내부에는 상기 에너지 저장 유닛(100)을 냉각시키는 냉각플레이트(200)가 구비되어 있으며, 상기 냉각플레이트(200)는 상기 본체부(210) 내부에 격벽이 될 수 있다.
즉, 상기 에너지 저장 유닛(100)은 상기 본체부(210) 내부에 격벽인 상기 냉각플레이트(200) 사이에 삽입되게 되며, 상기 에너지 저장 유닛(100)은 상기 냉각플레이트(200)의 일면과 접촉될 수 있다.
다시 말하면, 상기 냉각플레이트(200)는 상기 에너지 저장 유닛(100) 사이에 각각 구비되어 상기 에너지 저장 유닛(100)을 냉각시키는 냉각장치일 수 있다.
상기 냉각플레이트(200) 내부에는 냉각수가 흐르는 유로가 형성될 수 있으며, 상기 유로는 굴곡 형성된 관의 형상 또는 빈공간으로 형성될 수도 있다.
상기 본체부(210)에는 상기 에너지 저장 유닛(100)을 냉각시키도록 하는 냉각수가 유입되는 유입구(215a)가 형성될 수 있으며, 상기 유입구(215a)로부터 상기 냉각수가 유입되어 상기 냉각플레이트(200) 내부로 들어가게 된다.
따라서, 상기 본체부(210)와 상기 냉각플레이트(200)는 서로 연통되어 상기 유입구(215a)로부터 유입된 상기 냉각수가 상기 냉각플레이트(200) 내부로 유입되게 되는 것이다.
또한, 상기 냉각수는 상기 유입구(215a)로부터 유입되어 상기 본체부(210)의 일측면에 형성된 유출구(215b)를 통해 외부로 유출되며, 상기 에너지 저장장치 모듈(300) 외부에 위치한 냉각수 순환장치(미도시)에 의해 순환되게 된다.
따라서, 저온의 냉각수는 상기 유입구(215a)로 유입되고 상기 냉각플레이트(200)를 경유하여 상기 에너지 저장 유닛(100)의 열을 흡수한 뒤 상기 유출구(215b)로 유출되는 과정을 거치게 된다.
이때, 상기와 같은 작용을 가능하게 하는 장치가 상기 냉각수 순환장치(미도시)일 수 있는 것이다.
상기 냉각수의 흐름에 대해서는 도 4를 참조하여 자세히 설명하기로 한다.
상기 냉각플레이트(200)는 상기 에너지 저장 유닛(100)의 전극(120)이 형성된 일측면의 높이보다 낮은 높이로 형성될 수 있으며, 이는 상기 냉각수가 상기 전극(120)에 접촉하는 것을 방지하기 위함이다.
즉, 상기 냉각플레이트(200)는 상기 전극(120)과 소정거리 이격되어 형성되어 상기 냉각플레이트(200) 내부의 유로에 흐르는 냉각수가 상기 전극(120)과 접촉하는 것을 미연에 방지하여, 상기 에너지 저장장치 모듈(300)의 성능을 증대시키기 위함이다.
여기서, 상기 냉각플레이트(200)는 상기 하우징(230)의 본체부(210)와 일체로 형성될 수 있으며, 상기 본체부(210)와 상기 냉각플레이트(200)의 일면은 서로 연통되어 상기 냉각수가 흐를 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장장치 모듈 내에 냉각수의 흐름을 도시한 개략 사시도(도 3의 B-B'선의 절개 사시도)이다.
도 4를 참조하면, 상기 하우징(230)의 본체부(210)의 일측면에 형성된 상기 유입구(215a)를 통해 냉각수가 유입되면 상기 냉각수는 상기 냉각플레이트(200)를 통과하게 된다.
이때, 상기 냉각플레이트(200)의 외측면 전체가 상기 에너지 저장 유닛(100)의 측면과 접촉하게 되어 상기 냉각수가 상기 에너지 저장 유닛(100)의 열을 흡수하게 된다.
이렇게 열을 흡수한 냉각수는 다시 상기 본체부(210)의 일측면에 형성된 유출구(215b)를 통해 외부로 유출되며, 냉각수 순환장치(미도시)에 의해 저온의 냉각수는 상기 유입구(215a)로 다시 유입되는 과정을 거치게 된다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장장치 모듈(300)은 상기 에너지 저장 유닛(100)의 저장몸체(110) 외측면 전체와 접촉하는 냉각플레이트(200)에 의해 효과적으로 열을 외부로 방출할 수 있다.
다시 말하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장장치 모듈(300)은 냉각수를 이용하여 상기 에너지 저장 유닛(100)을 냉각시키도록 하는 수랭식을 이용함으로써 상기와 같은 효과를 낼 수 있는 것이다.
이상의 실시예를 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장장치 모듈(300)은 상기 에너지 저장 유닛(100)과 상기 냉각플레이트(200)와의 접촉면적을 크게 하고, 냉각수라는 수랭식을 이용함으로써 냉각장치로서 효율을 극대화할 수 있다.
또한, 상기 냉각플레이트(200)는 상기 에너지 저장 유닛(100)을 냉각시키는 기능 이외에 상기 본체부(210) 내부의 격벽을 형성하게 되므로, 상기 본체부(210) 내부에 위치한 상기 에너지 저장 유닛(100)을 안정적으로 고정할 수 있다.
따라서, 외부충격이나 진동에 의한 상기 에너지 저장장치 모듈(300)의 파손을 방지할 수 있으므로 상기 에너지 저장장치 모듈(300)의 수명을 연장시킬 수 있다.
100: 에너지 저장 유닛 110: 저장몸체
120: 전극 130: 단자 연결부재
140: 고정부재 200: 냉각플레이트
210: 본체부 220: 덮개부
215a: 유입구 215b: 유출구
300: 에너지 저장장치 모듈

Claims (8)

  1. 전극이 순차적으로 연결된 복수개의 에너지 저장 유닛;
    상기 에너지 저장 유닛 사이에 각각 구비되며, 상기 에너지 저장 유닛을 냉각시키기 위해 내부에 냉각수 유로가 형성되는 냉각플레이트; 및
    상기 에너지 저장 유닛과 상기 냉각플레이트를 둘러싸며, 상기 냉각수가 유입되고 유출되도록 하는 유입구 및 유출구를 구비하여 상기 냉각 플레이트에 상기 냉각수를 공급하는 하우징;을 포함하며,
    상기 하우징과 상기 냉각플레이트는 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전극과 상기 냉각플레이트는 접촉을 방지하기 위해 이격되어 형성된 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전극은 상기 에너지 저장 유닛의 일측면에 형성되고, 상기 냉각플레이트는 상기 전극이 형성된 상기 에너지 저장 유닛의 일측면의 높이보다 낮은 높이로 형성되어 상기 전극과 상기 냉각플레이트의 접촉을 방지하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 저장 유닛은 단일개 또는 복수개의 에너지 저장장치로 구성된 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유입구 및 상기 유출구는 상기 냉각 유로와 연통되어 형성된 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 저장 유닛과 상기 냉각플레이트는 서로 접촉되어 위치하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치 모듈.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 에너지 저장 유닛을 수용하는 본체부와 상기 본체부를 밀폐시키는 덮개부로 이루어진 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치 모듈.
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