KR101478785B1 - Secondary battery system having thermoelectric power generation device using heat generated from secondary battery operation - Google Patents

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Abstract

본 발명의 이차전지 시스템은, 복수의 이차전지 셀들을 서로 평행하게 배치하여 이루어지는 이차전지 시스템으로서, 복수의 이차전지 셀의 각각은 이차전지 셀로부터 돌출되는 양극 탭과 음극 탭을 가지고, 상기 이차전지 시스템은, 복수의 이차전지 셀의 각각에 대하여 이차전지 셀의 표면 중 양극 탭 및 음극 탭 중 적어도 어느 하나의 탭이 돌출된 부위에 일방 전극이 부착된 복수의 열전 발전 소자를 구비하여, 상기 복수의 열전 발전 소자에 의해 전기 에너지를 얻는다. 본 발명에 의하면, 열전 발전 소자를 이용하여 이차전지 셀의 운전열을 전기 에너지로 변환함으로써 에너지의 효율적인 활용을 도모할 수 있고, 특히, 열전 발전 소자를 발열량이 가장 많은 이차전지 셀의 전극 탭 주변에 부착함으로써 열전 발전 성능을 최대한 높여 에너지 활용도를 극대화할 수 있다.The secondary battery system of the present invention is a secondary battery system comprising a plurality of secondary battery cells arranged in parallel to each other, wherein each of the plurality of secondary battery cells has a positive electrode tab and a negative electrode tab projecting from the secondary battery cell, The system includes a plurality of thermoelectric generating elements each having one electrode on a portion where at least one of the tabs of the positive electrode tab and the negative electrode tab protrudes from the surface of the secondary battery cell for each of the plurality of secondary battery cells, To obtain electric energy. According to the present invention, it is possible to efficiently utilize energy by converting the operation heat of a secondary battery cell into electric energy by using a thermoelectric generator element. In particular, It is possible to maximize the thermoelectric power generation performance and to maximize the energy utilization.

Description

이차전지 운전열을 이용한 열전 발전 소자를 구비한 이차전지 시스템{Secondary battery system having thermoelectric power generation device using heat generated from secondary battery operation}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a secondary battery system having a thermoelectric generator using a secondary battery operation heat,

본 발명은 차량이나 주택 등에 사용되는 에너지 공급원으로 사용되는 이차전지 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a secondary battery system used as an energy supply source for a vehicle, a house, and the like.

이차 전지는 전극 집전체, 세퍼레이터, 활물질, 전해액 등을 포함하여 구성 요소들 간의 전기 화학적 반응에 의하여 충방전을 끊임없이 반복할 수 있어 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지 활용원으로 주목 받고 있다. 특히, 고용량의 리튬 이차전지가 개발됨으로써, 이러한 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HV, Hybrid Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. The secondary battery can be continuously repeatedly charged and discharged by electrochemical reaction between constituent elements including an electrode current collector, a separator, an active material, and an electrolytic solution, so that the use of fossil fuel can be remarkably reduced, Is not attracting attention as a new energy utilization source for enhancing eco-friendliness and energy efficiency. Particularly, with the development of a high capacity lithium secondary battery, such a secondary battery has been widely applied not only to a portable device but also to an electric vehicle (EV) or a hybrid vehicle (HV) driven by an electric driving source.

또한, 최근에는 화석 연료에 의한 에너지 자원 고갈의 문제, 환경 오염에 대한 이슈, 에너지 사용의 경제성 등에 대한 이슈가 중요하게 부각되면서, 전력 사용량과 전력 생산량의 불일치를 효과적으로 극복하고, 전력 과잉 공급에 의한 낭비 및 전력 공급 부족에 의한 과부하 현상 등을 해결하기 위하여 다양한 정보 통신 인프라와 연계되어 전력 공급량을 탄력적으로 조절하도록 하는 스마트 그리드(Smart Grid) 시스템이라는 개념이 활발히 연구되고 있다.In addition, recently, issues such as exhaustion of energy resources by fossil fuels, issues of environmental pollution, economical efficiency of energy use, and the like have been highlighted, thereby effectively overcoming the inconsistency between power consumption and power generation amount, In order to solve the overload phenomenon caused by waste and power shortage, the concept of Smart Grid system that flexibly adjusts the power supply amount in connection with various information communication infrastructures has been actively studied.

즉, 스마트 그리드 시스템에서는 전력 소비량이 적을 때에는 전력을 저장하였다가 전력 소비량이 많을 때에는 이와 같이 저장된 전력을 생산 전력과 함께 소비자에게 공급하도록 하는 인프라 구조를 가지게 된다.In other words, in the smart grid system, the power is stored when the power consumption is low, and when the power consumption is large, the stored power is supplied to the consumer together with the generated power.

이와 같은 스마트 그리드 시스템에서 생산된 전력을 저장하는 매체가 활용되어야 하는데, 이 경우에 복수의 이차전지의 집합체인 이차전지 팩(모듈)은 전력을 저장하는 주요한 요소로 기능하게 된다. 이러한 전력 저장 시스템은 스마트 그리드 시스템뿐만 아니라 다른 여러 분야에서도 이용될 수 있다. 예를 들어, 전기 자동차에 충전 전력을 공급하는 전기 자동차 충전소에도 많은 양의 전력을 저장할 필요가 있으므로 여기에도 전력 저장 시스템이 이용될 수 있고, 주택등의 에너지 공급원으로서도 이용될 수 있다.In this case, a secondary battery pack (module), which is an aggregate of a plurality of secondary cells, functions as a main element for storing electric power. Such a power storage system can be used not only in a smart grid system but also in various other fields. For example, an electric vehicle charging station that supplies charging electric power to an electric vehicle needs to store a large amount of electric power, so that the electric power storage system can be used here as well, and can also be used as an energy supply source for a house or the like.

이러한 전력 저장 시스템을 구성하는 이차전지 팩은 상당한 개수의 이차전지가 다양한 구조로 집합(예를 들어, 이차전지 팩이 상하 구조로 적층된 형태인 타워형 스택 등)되어 대용량의 시스템을 구성하게 되는데, 이차전지는 내부의 전기 화학적 반응에 의하여 충전 또는 방전이 끊임없이 반복적으로 일어나며 이러한 충방전 과정은 불가피하게 발열을 수반하게 되는데 이와 같이 이차전지가 고용량화되는 경우 상기 충방전에 따른 발열은 비약적으로 증가하게 된다. The secondary battery pack constituting such a power storage system constitutes a large-capacity system because a considerable number of secondary batteries are assembled in various structures (for example, a tower type stack in which secondary battery packs are stacked in a vertical structure) In the secondary battery, charging or discharging is continuously and repeatedly caused by an internal electrochemical reaction. Such a charging / discharging process inevitably involves heat generation. In such a secondary battery, when the capacity of the secondary battery is increased, the heat generated by the charging / discharging is dramatically increased .

이와 같은 발열 현상은 전기 화학적 반응을 일으키는 이차전지에 내재적인 데미지(손상)을 미치게 되어 성능 저하를 초래할 수 있으며, 이차전지의 수명을 보장할 수 없는 부수적인 문제를 야기할 수 있으며 발열에 의한 폭발 현상 등 안전성에도 치명적인 약점이 될 수 있다고 알려져 있다.Such a heating phenomenon may cause inherent damage (damage) to the secondary battery that causes an electrochemical reaction, which may cause performance deterioration, cause secondary problems that can not guarantee the life of the secondary battery, It is known that it can be a fatal weakness to safety such as development.

따라서, 이차전지의 운전에 따라 발생된 열을 냉각하기 위한 장치가 다수 제안되었다. 그러나, 이러한 냉각장치는 대부분 방열판이나 히트 파이프를 사용한 냉각장치로서, 이차전지의 효율적인 냉각을 주된 목적으로 하여 이 냉각장치에 의해 흡수되어 방열되는 이차전지의 운전열은 폐열로서 버려지게 되어, 에너지의 효율적인 이용을 도모하고 있지는 않다.Accordingly, a number of devices for cooling the heat generated by the operation of the secondary battery have been proposed. However, such a cooling apparatus is mostly a cooling apparatus using a heat sink or a heat pipe, and the main purpose of the secondary battery is to efficiently cool the heat of the secondary battery, which is absorbed and discharged by the cooling apparatus, But does not plan to use it efficiently.

또한, 특허공개 제2007-38265호나 특허공개 제2005-18184호 등은 열전소자를 이용한 이차전지의 냉각 및/또는 가열 장치를 제안하고 있다. 그러나, 이 특허문헌들에 개시되어 있는 열전소자는 전기 에너지를 열 에너지로 변환하는 펠티어(Peltier) 소자로서, 이 역시 전력을 사용하여 이차전지를 냉각(흡열) 또는 가열(발열)하는 장치에 지나지 않고 이 펠티어 소자를 이용하여 냉각(흡수)한 열 에너지를 재활용하고 있지 않는 점에서 전술한 일반적인 냉각장치와 다르지 않다.Also, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-38265 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-18184 propose a cooling and / or heating apparatus for a secondary battery using a thermoelectric element. However, the thermoelectric elements disclosed in these patent documents are Peltier elements that convert electric energy into thermal energy, and these are not only devices for cooling (endothermic) or heating (heating) secondary batteries using electric power And is not different from the general cooling apparatus described above in that it does not recycle the cooled (absorbed) heat energy by using the Peltier element.

한편, 특허공개 제1999-42457호와 일본 특허공개 제2004-63384호는 이차전지로부터 발생된 열을 전기 에너지로 변환하는 이른바 제벡(Seebeck) 효과를 이용한 열전 발전 소자를 사용하여 폐기되는 열 에너지의 재활용을 도모하고 있다. 그러나, 현재까지 제벡 효과를 이용한 열전 발전 소자의 열-전기 에너지의 변환 효율은 그다지 높지 않아 실용화에 한계를 가지고 있다.On the other hand, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 1999-42457 and Japanese Unexamined Patent Publication No. 2004-63384 disclose a technique of using a thermoelectric element using a so-called Seebeck effect for converting heat generated from a secondary battery into electric energy, Recycling. However, the thermoelectric energy conversion efficiency of the thermoelectric device using the Seebeck effect is not so high, and thus it is limited to practical use.

본 발명은 상기와 같은 배경에서 상기의 문제점 내지 필요성을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 이차전지의 운전열을 열전 발전 소자를 이용하여 전기 에너지로 변환함으로써 에너지의 효율적인 이용을 도모하는 이차전지 시스템으로서, 열전 발전 소자에 의한 발전 효율을 최대한 높여 실용가능한 이차전지 시스템을 제공하는 데에 그 목적이 있다.Disclosure of the Invention The present invention is conceived to solve the above problems and needs in the background as described above, and it is an object of the present invention to provide a rechargeable battery system for efficiently utilizing energy by converting an operation heat of a secondary battery into electric energy using a thermoelectric generator, And an object of the present invention is to provide a secondary battery system which can be practically used by maximizing power generation efficiency by a thermoelectric generator element.

본 발명에 따른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 구성과 구성의 조합에 의해 실현될 수 있다.Objects and advantages according to the present invention will be described hereinafter and will be understood by the embodiments of the present invention. Further, the objects and advantages of the present invention can be realized by a combination of the constitution and the constitution shown in the claims.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이차전지 시스템은, 복수의 이차전지 셀들을 서로 평행하게 배치하여 이루어지는 이차전지 시스템으로서, 상기 복수의 이차전지 셀의 각각은 이차전지 셀로부터 돌출되는 양극 탭과 음극 탭을 가지고, 상기 이차전지 시스템은, 상기 복수의 이차전지 셀의 각각에 대하여 이차전지 셀의 표면 중 상기 양극 탭 및 음극 탭 중 적어도 어느 하나의 탭이 돌출된 부위에 일방 전극이 부착된 복수의 열전 발전 소자를 구비하여, 상기 복수의 열전 발전 소자에 의해 전기 에너지를 얻는다.According to another aspect of the present invention, there is provided a secondary battery system including a plurality of secondary battery cells arranged in parallel with each other, wherein each of the plurality of secondary battery cells includes a positive electrode tab and a negative electrode protruding from the secondary battery cell, Wherein the secondary battery system has a plurality of secondary batteries each having one electrode attached to a portion of the surface of the secondary battery cell where at least one of the tabs of the positive electrode tab and the negative electrode tab protrudes A thermoelectric generating element is provided, and electric energy is obtained by the plurality of thermoelectric generating elements.

여기서, 상기 복수의 이차전지 셀들은 일정한 간격을 두고 서로 평행하게 배치되고, 상기 복수의 열전 발전 소자는 복수의 이차전지 셀 각각의 일방의 표면 또는 양방의 표면에 부착될 수 있다. 상기 열전 발전 소자가 이차전지 셀의 일방의 표면에 부착되는 경우, 복수의 열전 발전 소자 각각의 타방 전극과 인접하는 이차전지 셀의 사이에는 공기가 유동되도록 갭이 형성되어 있는 것이 바람직하고, 상기 열전 발전 소자가 이차전지 셀의 양방의 표면에 부착되는 경우, 서로 대향하는 복수의 열전 발전 소자의 타방 전극 사이에는 공기가 유동되도록 갭이 형성되어 있는 것이 바람직하다.Here, the plurality of secondary battery cells may be disposed parallel to each other at a predetermined interval, and the plurality of thermoelectric generators may be attached to one surface or both surfaces of each of the plurality of secondary battery cells. When the thermoelectric element is attached to one surface of the secondary battery cell, it is preferable that a gap is formed between the other electrode of each of the plurality of thermoelectric elements and the adjacent secondary battery cell so that air flows, When the power generation elements are attached to both surfaces of the secondary battery cell, it is preferable that a gap is formed so that air flows between the other electrodes of the plurality of thermoelectric elements facing each other.

또한, 상기 이차전지 시스템은, 상기 갭을 통해 냉각 공기를 공급하는 송풍 팬을 더 구비하는 것이 바람직하다.The secondary battery system may further include a blowing fan for supplying the cooling air through the gap.

또한, 상기 이차전지 시스템은 복수의 이차전지 셀을 제어하는 전력 관리 시스템을 구비하고, 상기 복수의 열전 발전 소자에 의해 얻어진 전기 에너지를 상기 전력 관리 시스템 또는 외부 부하의 전원으로서 이용할 수 있다.The secondary battery system further includes a power management system for controlling the plurality of secondary battery cells, and the electric energy obtained by the plurality of thermoelectric generators can be used as the power management system or the external load.

본 발명에 따른 이차전지 시스템에 의하면, 열전 발전 소자를 이용하여 이차전지 셀의 운전열을 전기 에너지로 변환함으로써 에너지의 효율적인 활용을 도모할 수 있다. According to the secondary battery system of the present invention, the heat of the secondary battery cell can be converted into electric energy by using the thermoelectric generator, so that energy can be efficiently utilized.

특히, 본 발명에 의하면, 열전 발전 소자를 발열량이 가장 많은 이차전지 셀의 전극 탭 주변에 부착함으로써 열전 발전 성능을 최대한 높여 에너지 활용도를 극대화할 수 있다.In particular, according to the present invention, by attaching the thermoelectric element to the periphery of the electrode tab of the secondary battery cell having the largest calorific value, the thermoelectric generation performance can be maximized and the energy utilization can be maximized.

또한, 본 발명에 의하면, 열전 발전 소자의 타방 전극을 냉각 공기로 냉각시킴으로써 열전 발전 소자의 일방 전극과 타방 전극간 온도차를 크게 하여 열전 발전 성능을 더욱 높일 수 있다.According to the present invention, by cooling the other electrode of the thermoelectric element with cooling air, the temperature difference between the one electrode and the other electrode of the thermoelectric element can be increased to further enhance the thermoelectric performance.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 이차전지 시스템의 전체적인 구조를 도시하는 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 이차전지 시스템의 전체적인 구조를 도시하는 블럭도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 각각 열전 발전 소자가 일방의 표면에 부착된 복수의 이차전지 셀의 측면도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 열전 발전 소자가 표면에 부착된 이차전지 셀의 정면도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 각각 열전 발전 소자가 양방의 표면에 부착된 복수의 이차전지 셀의 측면도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate preferred embodiments of the invention and, together with the description of the invention given below, serve to further the understanding of the technical idea of the invention. And should not be construed as limiting.
FIG. 1 is a perspective view illustrating the overall structure of a secondary battery system according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 2 is a block diagram showing the overall structure of a secondary battery system according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 3 is a side view of a plurality of secondary battery cells, each having a thermoelectric generating element attached to one surface thereof according to an embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a front view of a secondary battery cell having a thermoelectric element attached to its surface according to an embodiment of the present invention. FIG.
5 is a side view of a plurality of secondary battery cells, each thermoelectric generating element being attached to both surfaces according to an embodiment of the present invention.

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 아니 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.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately It should be interpreted in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 이차전지 시스템의 전체적인 구조를 도시하는 사시도이고, 도 2는 그 블록도이다. 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 이차전지 시스템에 대한 개괄적이고 전반적인 설명을 먼저 기술하고, 각 세부 구성은 해당되는 도면 등을 참조하여 후술하도록 한다. FIG. 1 is a perspective view showing the overall structure of a secondary battery system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram thereof. The general and general description of the secondary battery system of the present invention will be described first with reference to FIGS. 1 and 2, and each detailed configuration will be described later with reference to corresponding drawings.

한편, 본 발명의 상세한 설명과 후술하는 특허청구범위에서 상하좌우, 전후 등의 방향을 나타내는 용어는 도면에 도시된 대로의 방향을 설명하기 위한 상대적인 용어로서, 보는 방향에 따라서 달리 지칭될 수 있는 방향임을 명기해 둔다. In the following detailed description of the present invention and the appended claims, the terms indicating the directions of up and down, right and left, forward and backward, and the like are used to describe directions as shown in the drawings, .

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 이차전지 시스템의 일부를 이루는 이차전지 스택은 하나 이상의 이차전지 모듈(100)이 이차전지 모듈 케이스(200)에 수납되고, 하나 이상의 이차전지 모듈(100)을 수납한 이차전지 모듈 케이스(200)를 한 단 이상 적층한 스택 구조를 가지고 있다. 도 1에서 각 단의 이차전지 모듈 케이스(200)에는 3 개씩의 이차전지 모듈(100)이 수납되고, 또한 3 단을 적층한 것으로 도시하였으나, 이는 하나의 예시일 뿐 이차전지 모듈(100)의 개수와 이차전지 모듈 케이스(200)의 적층 단수는 얼마든지 변경가능하다. 또한, 본 실시예에서는 복수의 이차전지 모듈(100)이 적층되어 스택을 이루는 경우에 대해서 설명하지만, 본 발명의 이차전지 시스템은 하나의 모듈만을 가지는 경우도 포함함은 물론이다. 나아가, 본 실시예에서 이차전지 시스템은 스마트 그리드 시스템, 전기 자동차 충전소 또는 주택 등의 에너지 공급원으로 사용되는 전력 저장 시스템에 적용되는 경우를 예로 들고 있지만, 본 발명의 이차전지 시스템은 전기 자동차나 하이브리드 자동차에 적용될 수도 있다.1 and 2, a secondary battery stack constituting a part of the secondary battery system of the present invention includes one or more secondary battery modules 100 housed in a secondary battery module case 200, And a secondary battery module case 200 in which a plurality of battery modules 100 are accommodated. In FIG. 1, three secondary battery modules 100 are housed in the secondary battery module case 200 at each stage, and three stages are stacked. However, this is only an example of the secondary battery module 100, And the stacking number of the secondary battery module case 200 can be changed as much as necessary. In the present embodiment, a plurality of secondary battery modules 100 are stacked to form a stack. However, it is needless to say that the secondary battery system of the present invention includes only one module. Further, in the present embodiment, the secondary battery system is applied to a power storage system used as an energy supply source for a smart grid system, an electric vehicle charging station or a house, but the secondary battery system of the present invention is applicable to an electric vehicle or a hybrid vehicle .

이하 본 발명의 설명에서 이차전지 모듈(100)은 실시형태에 따라 복수 개의 이차전지 셀 또는 어셈블리(assembly) 등이 집합된 것을 지칭하며, '배터리 모듈'이나 '배터리 팩'으로 불릴 수 있다.In the description of the present invention, the secondary battery module 100 refers to a collection of a plurality of secondary battery cells or assemblies according to the embodiment, and may be referred to as a 'battery module' or a 'battery pack'.

이차전지 시스템에 구비되는 하나 이상의 이차전지 모듈(100)은 실시형태에 따라 다양한 형태로 직렬 또는 병렬 구조로 전기적으로 상호 연결될 수 있으며, 또한 독립한 전력원으로서 기능할 수 있도록 배치될 수 있음은 물론이다.The one or more secondary battery modules 100 included in the secondary battery system may be electrically connected in series or parallel structures in various forms according to the embodiments and may be arranged to function as independent power sources to be.

한편, 도 1에서 이차전지 시스템의 전면(前面)에 참조부호 300으로 도시된 구성요소는, 도 2에서는 도시를 생략하였는데, 각 이차전지 모듈(100)의 전면에 장착되어 각 이차전지 모듈(100)로 냉각 공기를 공급하는 송풍 팬이다. 송풍 팬(300)을 통해 이차전지 모듈(100)로 공급되는 냉각 공기는, 각각의 이차전지 모듈(100)에 포함되는 복수의 이차전지 셀(10)간의 갭을 거쳐 이차전지 모듈(100)의 후면으로 빠져 나가게 되어, 각각의 이차전지 셀(10)과 후술하는 열전 발전 소자(20)의 타방 전극을 냉각시키게 된다.2, components mounted on the front surface of each rechargeable battery module 100 and each rechargeable battery module 100 (not shown in FIG. 2) ) To supply the cooling air. The cooling air supplied to the secondary battery module 100 through the air blowing fan 300 flows through the gap between the plurality of secondary battery cells 10 included in each secondary battery module 100, So that the secondary battery cell 10 and the other electrode of the thermoelectric generator 20, which will be described later, are cooled.

한편, 도 1에서 송풍 팬(300)은 각 이차전지 모듈(100)의 전면에 하나씩 배치되는 것으로 도시되었지만, 각 단의 이차전지 모듈 케이스(200)에 공통으로 하나씩 배치되거나, 이차전지 모듈의 전체 적층체인 스택에 공통으로 전면에 하나만 배치될 수 있다. 이 경우, 복수의 이차전지 모듈(100)에 고르게 공기를 공급하기 위해 이차전지 스택의 전면에 덕트를 구비할 수 있고 이차전지 스택의 후면에도 덕트를 구비할 수 있다. 또한, 송풍 팬은 이차전지 모듈(100)의 전면이 아니라 후면에 배치될 수도 있다.1, the blowing fans 300 are disposed one by one on the front surface of each secondary battery module 100. However, the blowing fans 300 may be disposed one by one in common to the respective secondary battery module cases 200, Only one can be disposed on the front surface common to the stacked chain stacks. In this case, ducts may be provided on the front surface of the secondary battery stack to supply air evenly to the plurality of secondary battery modules 100, and ducts may be provided on the rear surface of the secondary battery stack. Also, the blowing fan may be disposed on the rear surface of the secondary battery module 100, not on the front surface thereof.

또한, 도 2에서 참조부호 400으로 도시된 구성요소는, 도 1에서는 도시를 생략하였는데, 축전 시스템이다. 축전 시스템(400)은 각 이차전지 셀(10)의 표면에 부착된 열전 발전 소자(20)로부터 생성된 전력을 전선(31, 32)을 통해 모아 축적하는 전용 배터리이다. 이 축전 시스템(400)에는 실제로 전력을 축전하는 전용 배터리 이외에도, 생성된 전력을 정류하는 레귤레이터나, 전류가 역방향 즉, 축전 시스템(400)에서 각 열전 발전 소자(20)로 흐르는 것을 방지하기 위한 다이오드 등의 소자를 포함할 수 있다.In addition, the components denoted by reference numeral 400 in FIG. 2 are not shown in FIG. 1, but are power storage systems. The power storage system 400 is a dedicated battery that collects and accumulates electric power generated from the thermoelectric generator 20 attached to the surface of each secondary battery cell 10 through the electric wires 31 and 32. In addition to a dedicated battery for actually storing electric power, the power storage system 400 includes a regulator for rectifying the generated power, a diode for preventing current from flowing in the reverse direction, that is, from the power storage system 400 to each thermoelectric generator 20, And the like.

또한, 도 2에서 참조부호 500으로 도시된 구성요소는, 도 1에서는 도시를 생략하였는데, 축전 시스템(400)에 축적된 전력을 사용하는 부하이다. 이 부하(500)는 본 실시예의 이차전지 시스템과 직접적인 관련이 없는 외부 부하일 수도 있으나, 상기 송풍 팬(300)이나, 이차전지 시스템을 구성하는 각 이차전지 모듈(100) 또는 각 이차전지 셀(10)의 충방전 동작을 관리하는 전력 관리 시스템인 것이 바람직하다. 이 전력 관리 시스템(500)은 각 이차전지 모듈(100) 또는 각 이차전지 셀(10)의 충방전 상태나 온도 등을 감지하는 각종 센서를 통해 이차전지 시스템의 운전 상태를 감지하고, 이를 관리자에게 알리기 위한 표시수단과 관리자로부터 필요한 파라미터를 입력받기 위한 입력수단을 포함하는 입출력 인터페이스와, 이차전지 시스템의 각 구성요소를 제어하기 위한 마이크로 프로세서 등을 포함할 수 있다.In addition, the components denoted by reference numeral 500 in FIG. 2 are not shown in FIG. 1, but are loads that use electric power stored in the power storage system 400. The load 500 may be an external load that is not directly related to the secondary battery system of the present embodiment, but may be an external load connected to the secondary battery module 100 or each secondary battery cell 100 It is desirable to be a power management system that manages charge / The power management system 500 senses the operating state of the secondary battery system through various sensors that detect the charging / discharging state and temperature of each secondary battery module 100 or each secondary battery cell 10, An input / output interface including a display means for informing a user of the secondary battery system and input means for inputting necessary parameters from the manager, and a microprocessor for controlling each component of the secondary battery system.

이상과 같이, 본 발명에 따른 이차전지 시스템에 의하면, 종래 냉각되고 폐열로서 외부로 버려졌던 이차전지의 운전열을 열전 발전 소자(20)를 이용하여 전기 에너지로 변환함으로써 에너지 사용 효율을 비약적으로 높일 수 있다. As described above, according to the secondary battery system of the present invention, the operation heat of the secondary battery, which has been cooled and discharged to the outside as waste heat, is converted into electric energy by using the thermoelectric generator 20, .

이하에서는 도 3 내지 도 5를 참조하여 상기 이차전지 시스템을 구성하는 이차전지 모듈(100)의 세부 구성을 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, the detailed configuration of the secondary battery module 100 constituting the secondary battery system will be described in detail with reference to FIGS. 3 to 5. FIG.

전술한 바와 같이, 열전 발전 소자를 이용하여 이차전지의 운전열을 전기 에너지로 변환하는 아이디어 자체는 알려져 있으나 그 실용화에 한계가 있는 것은, 열전 발전 소자를 구성하는 열전 변환 재료의 열전 변환 성능이 낮다는 데에도 그 이유가 있지만, 열전 발전 소자를 효율적으로 배치하지 못한 데에도 이유가 있다.As described above, the idea of converting the operation heat of a secondary battery into electric energy using a thermoelectric generator is known, but its practical application is limited because the thermoelectric conversion material of the thermoelectric generator has low thermoelectric conversion performance However, there is a reason why the thermoelectric generation elements can not be arranged efficiently.

일반적으로 열전 발전 소자(20)는, 열전 변환 재료와, 열전 변환 재료의 양측에 각각 접하여 열전 변환 재료를 협지하는 두 전극과, 두 전극에 각각 연결된 두 리드 선(21, 22)으로 이루어진다. 여기서, 열전 변환 재료의 열전 변환 성능은 제벡 계수, 전기 전도도 및 열 전도도에 의해 결정되는데, 구체적으로 열전 변환 재료의 열전 변환 성능은 제벡 계수의 제곱 및 전기 전도도에 비례하고 열 전도도에 반비례한다. 따라서, 되도록 제벡 계수와 전기 전도도가 높고 열 전도도가 낮은 열전 변환 재료를 사용하는 것이 바람직하다.Generally, the thermoelectric generator 20 is composed of a thermoelectric conversion material and two lead wires 21 and 22 connected to both electrodes, two electrodes for holding the thermoelectric conversion material in contact with both sides of the thermoelectric conversion material, and two lead wires 21 and 22 connected to the two electrodes, respectively. Here, the thermoelectric conversion performance of the thermoelectric conversion material is determined by the Seebeck coefficient, the electric conductivity and the thermal conductivity. Specifically, the thermoelectric conversion performance of the thermoelectric conversion material is inversely proportional to the square of the Seebeck coefficient and the electric conductivity, and inversely proportional to the thermal conductivity. Therefore, it is preferable to use a thermoelectric conversion material having a high Seebeck coefficient, high electrical conductivity and low thermal conductivity.

한편, 열전 발전 소자의 열전 변환 성능은 사용하는 열전 변환 재료에 의해 결정되지만, 동일한 열전 발전 소자라 하더라도 그 배치에 따라서 실제 열전 발전 성능에는 차이가 있을 수 있다. 즉, 열전 발전 소자는 두 전극간의 온도차가 클수록 발생되는 기전력이 커지므로, 열전 발전 소자의 두 전극을 온도차가 큰 곳에 배치하는 것이 열전 발전 성능을 높이는 데에 중요하다.On the other hand, the thermoelectric conversion performance of the thermoelectric generator is determined by the thermoelectric conversion material to be used. However, even if the thermoelectric generator is the same thermoelectric generator, the actual thermoelectric generator performance may vary depending on the arrangement thereof. That is, since the electromotive force generated as the temperature difference between the two electrodes increases, it is important to arrange the two electrodes of the thermoelectric element at a large temperature difference.

본 실시예에서 채용하는 이차전지 셀(10)은 직사각형의 판상으로 이루어지고, 내부에 양극판과 음극판이 분리막을 개재하여 적층되고 전해질이 채워진 전형적인 리튬 이차전지이다. 또한, 이차전지 셀(10) 내부에는 과충전 등의 오사용에 의한 발화나 폭발을 방지하기 위한 방폭안전 장치나 제어회로가 포함될 수 있다. 또한, 각 이차전지 셀(10)은 단위 이차전지 셀일 수도 있고, 복수의 단위 셀의 집합체일 수도 있다. 한편, 도 3 내지 도 5에서 참조부호 11 및 12로 도시된 구성요소는 각각 이차전지 셀(10)의 음극 및 양극 단자인 전극 탭이다. 각 이차전지 셀(10)의 전극 탭(11, 12)은 버스 바 등을 이용하여 서로 연결함으로써 이차전지 셀(10)들은 직렬 또는 병렬로 전기적으로 연결된다.The secondary battery cell 10 employed in this embodiment is a typical lithium secondary battery having a rectangular plate shape and in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are stacked with a separator interposed therebetween and filled with an electrolyte. Inside the secondary battery cell 10, an explosion-proof safety device or a control circuit for preventing ignition or explosion due to misuse such as overcharging may be included. Further, each secondary battery cell 10 may be a unit secondary battery cell, or may be an aggregate of a plurality of unit cells. 3 to 5, reference numerals 11 and 12 denote an electrode tab and a cathode tab of the secondary battery cell 10, respectively. The secondary battery cells 10 are electrically connected in series or in parallel by connecting the electrode tabs 11 and 12 of each secondary battery cell 10 to each other using a bus bar or the like.

이러한 이차전지 셀(10)이 운전과정에서 발열하는 것은 전술한 바와 같지만, 이차전지 셀(10)의 전체 표면에서 균일하게 발열하는 것은 아니다. 즉, 이차전지 셀(10)의 표면 중에서 열이 가장 많이 발생하는 부위는 전극 탭(11, 12), 이중에서도 양극 탭(12) 주변부이다. 따라서, 이차전지 셀(10)의 표면에 부착되는 열전 발전 소자(20)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 이차전지 셀(10)의 표면에서도 양극 탭(12)이 돌출된 부위에 일방 전극이 부착되거나(도 4의 (a)), 양극 탭(12) 및 음극 탭(11)이 돌출된 부위에 일방 전극이 부착되는(도 4의 (b)) 것이 바람직하다. 이렇게 이차전지 셀(10)의 전극 탭(11, 12)이 돌출되는 부위의 표면에 열전 발전 소자(20)를 부착함으로써, 이차전지 셀(10)의 표면 중 다른 부위 또는 표면 전체에 부착하는 경우보다 열전 발전 성능을 극대화할 수 있게 된다.The secondary battery cell 10 generates heat in the course of operation as described above, but does not uniformly generate heat on the entire surface of the secondary battery cell 10. That is, the portions where the heat is most generated among the surfaces of the secondary battery cell 10 are the electrode tabs 11 and 12, and the double portion is the peripheral portion of the positive electrode tab 12. 4, the thermoelectric generator 20 attached to the surface of the secondary battery cell 10 has a structure in which the anode tab 12 protrudes from the surface of the secondary battery cell 10, (Fig. 4 (a)), or one electrode is attached to a portion where the positive electrode tab 12 and the negative electrode tab 11 protrude (Fig. 4 (b)). When the thermoelectric element 20 is attached to the surface of the portion where the electrode tabs 11 and 12 project from the secondary battery cell 10 so as to adhere to another part or surface of the surface of the secondary battery cell 10 The thermoelectric power generation performance can be maximized.

한편, 각각의 이차전지 셀(10)의 표면에서 전극 탭(11, 12) 주변부에 부착되는 열전 발전 소자(20)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 이차전지 셀(10)의 두 표면 중 일방의 표면에만 부착될 수도 있고, 도 5에 도시된 바와 같이 이차전지 셀(10)의 양방의 표면에 모두 부착될 수도 있다. 이때, 복수의 이차전지 셀(10)들은 일정한 간격을 두고 서로 평행하게 배치되므로, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같은 구성에서는, 열전 발전 소자(20)의 타방 전극(이차전지 셀(10)의 표면에 부착되는 일방 전극과는 반대쪽 전극)은 인접하는 다른 이차전지 셀(10)의 타방의 표면과 대향하게 되고, 도 5에 도시된 바와 같은 구성에서는, 열전 발전 소자(20)의 타방 전극은 인접하는 다른 이차전지 셀(10)의 타방의 표면에 부착된 다른 열전 발전 소자(20)의 타방 전극과 대향하게 된다. On the other hand, the thermoelectric generator 20 attached to the periphery of the electrode tabs 11 and 12 on the surface of each secondary battery cell 10 is formed of the same material as that of the secondary battery cell 10, Or may be attached to both surfaces of the secondary battery cell 10 as shown in Fig. 2 and 3, the other electrode (the secondary battery cell 10) of the thermoelectric generator 20 is connected to the other electrode of the thermoelectric generator 20, Of the thermoelectric generator 20 is opposed to the other surface of another adjacent secondary battery cell 10, and in the configuration shown in Fig. 5, the other electrode of the thermoelectric generator 20 Is opposed to the other electrode of the other thermoelectric generator 20 attached to the other surface of the other adjacent secondary battery cell 10.

또한 이때, 열전 발전 소자(20)의 타방 전극은, 대향하는 다른 이차전지 셀(10)의 타방의 표면(도 2 및 도 3) 또는 다른 열전 발전 소자의 타방 전극(도 5)과의 사이에는 공기가 유동되도록 갭이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이는, 이 갭을 통해 냉각 공기가 유동되면서 열전 발전 소자의 타방 전극의 표면이 냉각되어 열전 발전 소자의 일방 전극과 타방 전극 간의 온도차를 되도록 크게 할 수 있고, 따라서 열전 발전 소자의 열전 발전 성능을 극대화할 수 있게 하기 위함이다. 특히, 전술한 바와 같이 이 갭을 통해 냉각 공기를 공급하는 송풍 팬(300)을 구비하는 구성에서는 열전 발전 소자(20)의 두 전극간 온도차를 더욱 크게 할 수 있어 열전 발전 성능을 더욱 극대화할 수 있다.At this time, the other electrode of the thermoelectric generator 20 is placed between the other surface (FIG. 2 and FIG. 3) of the other opposing secondary battery cell 10 or the other electrode of the other thermoelectric generator It is preferable that a gap is formed so that air flows. This is because the cooling air flows through the gap and the surface of the other electrode of the thermoelectric generator is cooled to increase the temperature difference between the one electrode and the other electrode of the thermoelectric generator so as to maximize the thermoelectric generation performance of the thermoelectric generator To be able to do. Particularly, in the structure including the blowing fan 300 that supplies the cooling air through the gap as described above, the temperature difference between the two electrodes of the thermoelectric generator 20 can be further increased, and the thermoelectric power generation performance can be further maximized have.

이와 같이, 본 발명에서는 이차전지 셀(10)의 운전열을 이용하여 열전 발전하는 열전 발전 소자(20)를 이차전지 셀(10)의 표면에 부착함으로써 폐열로서 버려지던 이차전지의 운전열을 전기 에너지로 변환하여 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 열전 발전 소자(20)를 이차전지 셀(10)의 표면에서도 발열량이 가장 많은 부위에 부착함으로써 열전 발전 성능을 극대화할 수 있어, 이차전지 시스템에서 운전열을 이용한 열전 발전 소자를 채택하는 구성을 실용화할 수 있다.As described above, according to the present invention, by attaching the thermoelectric generator 20, which thermally generates electricity using the operation heat of the secondary battery cell 10, to the surface of the secondary battery cell 10, the operation heat of the secondary battery, It is possible to maximize the thermoelectric power generation performance by attaching the thermoelectric generator 20 to the portion where the heat generation amount is the highest even on the surface of the secondary battery cell 10, A configuration adopting a thermoelectric power generating element which is used can be put to practical use.

이상에서 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.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not to be limited to the details thereof and that various changes and modifications will be apparent to those skilled in the art. And various modifications and variations are possible within the scope of the appended claims.

10: 이차전지 셀 11, 12: 전극 탭
20: 열전 발전 소자 21, 22: 리드 선
31, 32: 전선 100: 이차전지 모듈
110: 이차전지 셀 케이스 200: 이차전지 모듈 케이스
300: 송풍 팬 400: 축전 시스템
500: 부하(전력 관리 시스템)10: secondary battery cell 11, 12: electrode tab
20: thermoelectric generating element 21, 22: lead wire
31, 32: electric wire 100: secondary battery module
110: Secondary battery cell case 200: Secondary battery module case
300: blower fan 400: power storage system
500: Load (Power Management System)

Claims (6)

복수의 이차전지 셀들을 일정한 간격을 두고 서로 평행하게 배치하여 이루어지는 이차전지 시스템에 있어서,
상기 복수의 이차전지 셀의 각각은 이차전지 셀로부터 돌출되는 양극 탭과 음극 탭을 가지고,
상기 이차전지 시스템은, 상기 복수의 이차전지 셀의 각각에 대하여 이차전지 셀의 일방 또는 양방 표면 중 상기 양극 탭 및 음극 탭 중 적어도 어느 하나의 탭이 돌출된 부위에 일방 전극이 부착된 복수의 열전 발전 소자를 구비하며,
상기 복수의 열전 발전 소자 각각의 타방 전극과 인접하는 이차전지 셀의 사이 또는 서로 대향하는 상기 복수의 열전 발전 소자 각각의 타방 전극 사이에는 공기가 유동되도록 갭이 형성되어 상기 복수의 열전 발전 소자에 의해 전기 에너지를 얻으며,
상기 이차전지 시스템은,
상기 열전 발전 소자로부터 생산된 전력이 다시 각 열전 발전 소자로 흐르는 것을 방지하기 위해 전기적으로 연결된 다이오드;
상기 열전 발전 소자로부터 생산된 전력을 정류하는 레귤레이터; 및
상기 레귤레이터에서 생산된 전력을 축적하는 전용 배터리;를 포함하는 축전시스템을 구비한 것을 특징으로 하는 이차전지 시스템.A secondary battery system comprising a plurality of secondary battery cells arranged in parallel to each other at a predetermined interval,
Each of the plurality of secondary battery cells has a positive electrode tab and a negative electrode tab projecting from the secondary battery cell,
Wherein each of the plurality of secondary battery cells has a plurality of thermoelectric elements each having one electrode on a surface of one or both surfaces of the secondary battery cell where at least one of the tabs of the positive electrode tab and the negative electrode tab protrudes, And a power generation element,
A gap is formed between the other electrode of each of the plurality of thermoelectric elements and adjacent one of the plurality of adjacent ones of the plurality of thermoelectric generators or between the other electrodes of the plurality of thermoelectric generators facing each other, Obtaining electric energy,
In the secondary battery system,
A diode electrically connected to prevent the power generated from the thermoelectric generator from flowing back to each thermoelectric generator;
A regulator for rectifying power produced from the thermoelectric generator; And
And a dedicated battery for accumulating electric power produced by the regulator. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 이차전지 시스템은, 상기 갭을 통해 냉각 공기를 공급하는 송풍 팬을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 이차전지 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the secondary battery system further comprises a blowing fan for supplying cooling air through the gap. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 이차전지 시스템은 상기 복수의 이차전지 셀을 제어하는 전력 관리 시스템을 구비하고,
상기 전력 관리 시스템은, 상기 축전 시스템에 축적된 전력을 사용하는 것을 특징으로 하는 이차전지 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the secondary battery system includes a power management system for controlling the plurality of secondary battery cells,
Wherein the power management system uses power stored in the power storage system.
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