KR101546808B1 - 조립성 및 공간 활용성이 향상된 에너지 저장 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단위셀로서 충방전이 가능한 전지셀들 또는 단위모듈들을 포함하는 에너지 저장 시스템으로서, 상기 단위셀을 하나 이상 포함하고 상호 인접하여 배열되어 있는 둘 이상의 전지팩들, 상기 전지팩들을 내부에 수납하는 외장 케이스, 및 상기 외장 케이스의 높이 방향을 기준으로 상기 외장 케이스의 상단에 형성되어 있는 전지팩 삽입용 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템을 제공한다.

Description

조립성 및 공간 활용성이 향상된 에너지 저장 시스템 {Energy Storage System of Improved Assembly Characteristic and Space Utilization}

본 발명은 조립성 및 공간 활용성이 향상된 에너지 저장 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 단위셀로서 충방전이 가능한 전지셀들 또는 단위모듈들을 포함하는 에너지 저장 시스템으로서, 상기 단위셀을 하나 이상 포함하고 상호 인접하여 배열되어 있는 둘 이상의 전지팩들, 상기 전지팩들을 내부에 수납하는 외장 케이스, 및 상기 외장 케이스의 높이 방향을 기준으로 상기 외장 케이스의 상단에 형성되어 있는 전지팩 삽입용 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템에 관한 것이다.

최근, 선진국을 중심으로 한 신재생 에너지 보급 확대 움직임에 맞추어, 에너지 저장 시스템이 주목받고 있다. 기존의 화력이나 원자력 발전과는 달리, 풍력 및 태양광 발전 같은 신재생 에너지는 바람의 세기 및 일조량 등 환경에 따라 생성할 수 있는 에너지가 불안정하다. 따라서, 생성된 에너지를 저장해 두었다가 필요한 시점에 안정적으로 전력계통에 다시 공급해주는 장치로서 에너지 저장 시스템은 필요불가결한 설비로 떠오르고 있다.

또한, 에너지 저장 시스템은 전력 수요가 적을 때 에너지를 저장하고, 과부하 또는 비상시에 전력을 공급함으로써 전력 품질 및 에너지 사용 효율을 제고할 수 있다.

이러한 에너지 저장 시스템은 가정용 에너지 저장 시스템, 산업용 또는 상업용 중대형 에너지 저장 시스템, 발전소 및 변전소에 설치되는 초대용량의 에너지 저장 시스템 등을 들 수 있다.

종래의 에너지 저장 시스템은 외장 케이스의 내부에 상하로 선반들이 형성되어 있고, 각 선반들에 전지팩들이 수납되어 있는 층 구조로 이루어져 있는 것이 일반적이었다.

또한, 종래의 에너지 저장 시스템은, 전면에서 후면으로 전지팩들을 삽입하는 구조로 이루어져 있는 것이 일반적이었다.

그러나, 가정용 에너지 저장 시스템은, 중대형 또는 초대용량 에너지 저장 시스템에 비해 상대적으로 높이가 낮아 전지팩들을 전면에서 후면으로 삽입하는 조립 공정의 생산성이 저하되는 문제가 있었다.

한편, 에너지 저장 시스템은, 각 층에 장착되어 있는 전지팩들로부터 발산되는 열을 냉각시킬 수 있는 냉각 부재가 필수적으로 요구된다.

그러나, 냉각 부재를 적용하기 위해서는, 에너지 저장 시스템 전체의 부피가 증가하는 문제가 있었고, 특히, 중대형 에너지 저장 시스템 또는 초대용량 에너지 저장 시스템에 비해 상대적으로 협소한 공간에 설치되는 가정용 에너지 저장 시스템의 경우에는 부피 증가를 최소화할 필요가 더욱 컸다.

따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

구체적으로 본 발명의 목적은, 전지팩 체결 방식을 개선하여 조립 공정성이 향상된 에너지 저장 시스템을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은, 사공간에 냉각 부재를 장착함으로써, 공간 활용성을 향상시킨 콤팩트한 구조의 에너지 저장 시스템을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템은,

단위셀로서 충방전이 가능한 전지셀들 또는 단위모듈들을 포함하는 에너지 저장 시스템으로서, 상기 단위셀을 하나 이상 포함하고 상호 인접하여 배열되어 있는 둘 이상의 전지팩들; 상기 전지팩들을 내부에 수납하는 외장 케이스; 및 상기 외장 케이스의 높이 방향을 기준으로 상기 외장 케이스의 상단에 형성되어 있는 전지팩 삽입용 개구; 를 포함하는 구조로 형성되어 있다.

본 발명은, 전지팩 체결 방식을 개선하여 조립 공정성이 향상된 에너지 저장 시스템을 제공하고자 한다.

이러한 목적을 실현하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템은, 외장 케이스의 높이 방향을 기준으로 상단에 전지팩 삽입용 개구를 형성할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따르면, 전지팩을 상기 개구를 통해 외장 케이스의 높이 방향을 기준으로 상방에서 하방으로 도입함으로써 외장 케이스의 내부에 수납할 수 있다.

이 경우, 본 발명의 하나의 구체적인 실시예에서, 상기 전지팩이 외장 케이스의 내부에 안착될 수 있도록, 외장 케이스의 높이 방향을 기준으로 상기 전지팩의 상면의 양측 단부에는 브라켓(Bracket)이 수평방향으로 돌출된 상태로 형성되어 있을 수 있다.

작업자의 편의를 위하여, 상기 브라켓에는 손잡이가 형성되어 있을 수 있다. 따라서, 작업자는 손잡이를 사용하여, 전지팩을 외장 케이스 내에 용이하게 수납할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따를 때, 전지팩은, 상기 개구를 통해서 외장 케이스의 높이 방향을 기준으로 상방에서 하방으로 도입되므로써 외장 케이스의 내부에 수납될 수 있다. 이 때, 전지팩은 중력에 의해 자유 낙하한다.

전지팩의 손상을 방지하고, 전지팩의 수납 안정성 내지 작업성 향상을 위하여, 외장 케이스의 내부에는, 자유 낙하하는 전지팩의 중력 가속도를 감소시키고, 정위치로 수납될 수 있도록 가이드 역할을 하는 체결 부재가 형성되어 있을 수 있다.

상기한 체결부재는, 상기한 목적을 달성할 수 있는 수단이면, 특별히 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 하나의 구체적인 실시예에서, 상기 체결 부재는, 외장 케이스의 높이 방향을 따라, 전지팩의 삽입을 위한 둘 이상의 슬라이딩 체결 구조일 수 있다. 더욱 구체적으로, 상기 슬라이딩 체결 구조는 레일 형상일 수 있다.

상기와 같은 슬라이딩 체결 구조에 의해, 상기 전지팩은 외장 케이스 내로 도입 시, 자연스럽게 위치가 결정될 수 있으며, 중력 방향으로 체결이 되므로 작업자의 추가적인 힘의 인가 없이 조립이 가능한 장점을 발휘할 수 있다.

상기 외장 케이스의 하면에는 자유낙하하는 전지팩의 손상을 최소화하는 탄성부재가 설치되어 있을 수 있다. 구체적으로, 상기 탄성부재는, 전지팩이 내장되는 외장 케이스의 내부 하면에 설치될 수 있다.

상기 탄성부재는, 스프링, 고무 등일 수 있으며, 본 발명의 구체적인 실시예에서, 상기 탄성부재는, 소정의 두께로 형성되어 있는 고무일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 탄성부재의 두께는, 외장 케이스의 높이 대비 1 내지 10%의 크기일 수 있다. 상기 두께가 1 % 미만인 경우에는 자유낙하하는 전지팩의 손상을 최소화하려는 목적을 달성하기 어려울 수 있고, 두께가 10% 초과인 경우에는, 에너지 저장 시스템 전체의 부피가 증가하거나, 부피당 에너지 밀도가 저하되므로 바람직하지 않다.

한편, 본 발명은 상기 전지팩들의 냉각을 위한 냉각 부재가 상기 외장 케이스의 일면에 형성되어 있을 수 있다.

본 발명에 따른 냉각 부재는 외장 케이스의 전면, 상기 전면에 대향하는 후면, 일측면 또는 상기 일측면에 대향하는 대향 측면을 모두 포함하는 측면, 또는 하면 중 일면에 형성될 수 있다.

상기 냉각 부재는, 외장 케이스의 전면, 후면, 측면, 하면 중 어느 곳에나 장착될 수 있다.

한편, 외장 케이스의 하면에는 상기 에너지 저장 시스템의 이동 또는 설치간에, 지면과의 접촉에 의해 상기 전지팩들에 가해지는 충격을 완충시키기 위해 지지부재가 장착되어 있을 수 있다.

구체적으로, 상기 지지부재는 바퀴일 수 있으며, 상기 에너지 저장 시스템의 이동 및 설치를 용이하게 하여, 진동 및 충격에 의해 전지팩들이 손상되는 것을 방지할 수 있다.

그러나, 상기 지지부재에 의해 지면과 외장 케이스의 하면 사이에는 소정의 공간이 형성될 수 있는데, 이러한 공간은 사공간이 될 수 있다.

콤팩트한 에너지 저장 시스템을 제공하기 위한 본 발명에 따른 하나의 구체적인 실시예에서, 상기한 사공간에 냉각 부재를 장착할 수 있다. 상기한 사공간은, 구체적으로, 외장 케이스의 하면일 수 있다.

상기한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 냉각 부재를 외장 케이스의 전면, 후면, 또는 측면 등에 장착하는 경우에 비해 콤팩트한 에너지 저장 시스템을 제공할 수 있다.

이 경우, 상기 에너지 저장 시스템은, 중대형 또는 초대용량의 에너지 저장 시스템에 비해 상대적으로 공간 활용의 필요성이 큰 가정용 에너지 저장 시스템일 수 있다.

상기 외장 케이스의 내부에는 전지팩들 사이의 이격 공간에 의해 냉매 유로가 형성될 수 있다. 냉매는 상기 냉각 부재에 의해, 외장 케이스의 하단면으로 도입되어, 상기 냉매 유로를 통과하면서 전지팩들을 냉각 시키고, 외장 케이스의 상단에 형성되어 있는 전지팩 삽입용 개구를 통해 배출될 수 있다.

상기 이격공간은, 전지팩의 두께 대비 1 내지 20 %의 크기로 형성될 수 있다. 1% 미만의 크기로 이격공간이 형성되어 있는 경우에는, 냉각 효율성이 떨어지므로 바람직하지 않고, 20 % 초과의 크기로 이격공간이 형성되어 있는 경우에는, 에너지 저장 시스템의 전체 부피가 증가하므로, 바람직하지 않다.

상기 냉매는, 당업계에서 일반적으로 사용하는 기체 냉매, 액체 냉매 등일 수 있고, 구체적인 예로서, 공기일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 냉각 부재는, 특별히 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 구체적인 하나의 실시예에서, 상기 냉각 부재는 송풍 팬 또는 에어컨 등일 수 있고, 상기 송풍 팬 또는 에어컨 등은 외장 케이스의 하단면에 장착될 수 있다.

상기 전지셀은 이차전지로서, 대표적으로 니켈 수소 이차전지, 리튬 이차전지 등을 들 수 있으며, 그 중에서도 에너지 밀도가 높고 방전 전압이 큰 리튬 이차전지일 수 있다. 리튬 이차전지는 당해 업계에 공지되어 있으므로 본 명세서에서는, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다. 그러나, 본 출원의 출원일 이전에 공지, 공개되어 있는 리튬 이차전지에 대한 내용은 본 발명의 내용으로 합체된다.

상기 전지셀의 형상은 특별히 한정되는 것은 아니고, 하나의 예로서, 얇은 두께와 상기 두께에 비해 상대적으로 넓은 폭 및 길이를 가진 판상형 전지셀일 수 있다.

상기 판상형 전지셀의 바람직한 예로는, 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있고 전극단자가 돌출되어 있는 구조의 이차전지를 들 수 있으며, 구체적으로, 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 구조일 수 있다. 이러한 구조의 이차전지를 ‘파우치형 전지셀’로 칭하기도 한다.

상기에서, 단위모듈은, 전기적으로 연결되는 둘 또는 그 이상의 전지셀들의 외면을 고강도 셀 커버가 감싸고 있는 구조로 이루어져 있다.

상기 둘 또는 그 이상의 전지셀들의 전기적 연결은, 각각의 전극 단자들 간의 결합으로 이루어질 수 있다. 이 때, 전극 단자들이 결합된 부위는 고강도 셀 커버가 감싸고 있을 수도 있고, 그렇지 않을 수 있다.

상기 전기적 연결은, 병렬 연결일 수도 있고, 직렬 연결일 수도 있다.

상기에서, 전지셀은, 그것의 일측에 양극단자와 음극단자가 모두 형성되어 있는 구조의 전지셀일 수도 있고, 일단과 상기 일단에 대향하는 타단에 양극단자와 음극단자가 각각 형성되어 있는 구조의 전지셀일 수도 있다. 경우에 따라서는, 양극단자가 형성된 부위와 음극단자가 형성된 부위의 사잇각이 0°초과 180°미만일 수 있다.

상기 전지팩은 하나 이상의 단위셀들을 기계적으로 체결하고 동시에 전기적으로 연결한 전지 시스템의 구조를 포괄하는 의미로 사용될 수 있다. 상기 전지팩의 형상은 특별히 제한되는 것은 아니지만, 공간 활용의 필요성이 큰 가정용 에너지 저장 시스템의 경우에는, 얇은 두께와 상기 두께에 비해 상대적으로 넓은 폭 및 길이를 가진 판상형 전지팩일 수 있다.

상기 에너지 저장 시스템은 필요한 전력량 등을 고려할 때, 공공시설 전원장치, 대형상점용 전원장치, 비상용 전원장치, 전산실 전원장치, 휴대용 전원장치, 의료설비 전원장치, 소화설비 전원장치, 경보설비 전원장치, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 또는 플러그-인 하이브리드 전기자동차 등의 전원으로 바람직하게 사용될 수 있지만, 적용 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.

따라서, 본 발명은 상기 에너지 저장 시스템을 전원으로 포함하는 디바이스를 제공하고, 상기 디바이스는 구체적으로, 공공시설 전원장치, 대형상점용 전원장치, 비상용 전원장치, 전산실 전원장치, 휴대용 전원장치, 의료설비 전원장치, 소화설비 전원장치, 경보설비 전원장치, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 또는 플러그-인 하이브리드 전기자동차일 수 있다.

이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다. 그러나, 본 출원의 출원일 이전에 공지, 공개되어 있는 상기한 디바이스들에 대한 내용은 본 발명의 내용으로 합체된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템은, 조립 공정을 용이하게 하여, 작업자의 편의성 및 안전성을 확보할 수 있고, 사공간을 활용하여 냉각 부재를 장착함으로써, 콤팩트한 구조를 달성할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 하면의 모식도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 외장 케이스에 전지팩을 수납하는 과정의 모식도이다;
도 3은 도 2의 외장 케이스에 전지팩이 수납되는 부위의 수평 확대도이다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.

도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 하면의 모식도가 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 외장 케이스에 전지팩을 수납하는 과정의 모식도가 도시되어 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 에너지 저장 시스템(500)은 전지팩(100), 외장 케이스(200), 송풍 팬(300), 및 바퀴(400)들로 이루어져 있다.

외장 케이스(200)의 상단에는 전지팩 삽입용 개구(210)가 형성되어 있다. 전지팩(100)은 화살표 방향으로 전지팩 삽입용 개구(210)를 통해 도입되어 외장 케이스(200)의 내부에 수납된다.

전지팩(100)의 상면의 양측 단부에는 브라켓(110)이 수평방향으로 돌출된 상태로 형성되어 있고, 브라켓(110)에는 손잡이(120)가 형성되어 있다. 작업자는 손잡이(120)를 사용하여 전지팩(100)을 외장 케이스(200) 내부에 용이하게 수납할 수 있다.

외장 케이스(200)의 하단면에는 바퀴(400)들이 장착되어 있어서, 에너지 저장 시스템(500)의 설치를 위한 이동을 용이하게 할 수 있다. 또한, 바퀴(400)들에 의해, 지면과 외장 케이스(200)의 하면 사이에는 공간이 형성되어, 외장 케이스(200)의 하단면에는 송풍 팬(300)이 장착될 수 있다.

도 3에는 도 2의 외장 케이스에 전지팩이 수납되는 부위의 수평 확대도가 도시되어 있다.

도 3을 도 2와 함께 참조하면, 외장 케이스(200)의 내면에는 전지팩(100)의 삽입을 위한 레일(220)이 형성되어 있다. 레일(220)에 의해 전지팩(100)은 외장 케이스(200)에 수납되면서 자연스럽게 위치가 결정되며, 중력방향으로 체결이 되므로 작업자의 추가적인 힘의 인가없이 조립이 가능하다.

전지팩(100)들 사이에는 이격 공간에 의해 냉매 유로(230)가 형성되어 있다. 냉매는 송풍 팬(300)으로부터 도입되어 냉매 유로(230)를 통과하면서 전지팩(100)들을 냉각시키고, 전지팩 삽입용 개구(210)를 통해 배출된다.

본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 가하는 것이 가능할 것이다.

Claims (15)

1. 단위셀로서 충방전이 가능한 전지셀들 또는 단위모듈들을 포함하는 에너지 저장 시스템으로서,
   상기 단위셀을 하나 이상 포함하고 상호 인접하여 배열되어 있는 둘 이상의 전지팩들;
   상기 전지팩들을 내부에 수납하는 외장 케이스; 및
   상기 외장 케이스의 높이 방향을 기준으로 상기 외장 케이스의 상단에 형성되어 있는 전지팩 삽입용 개구;
   를 포함하고,
   상기 전지팩은 외장 케이스의 높이 방향을 기준으로 상방에서 하방으로 개구를 통해 도입되어 외장 케이스의 내부에 수납되고,
   상기 전지팩이 외장 케이스의 내부에 안착되도록, 외장 케이스의 높이 방향을 기준으로 전지팩의 상면의 양측 단부에 브라켓(bracket)이 수평방향으로 돌출 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서, 상기 브라켓에는 손잡이가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 외장 케이스의 내면에는, 외장 케이스의 높이 방향을 따라, 전지팩의 삽입을 위한 둘 이상의 슬라이딩 체결 구조가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 슬라이딩 체결 구조는 레일 형상인 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 외장 케이스의 일면에는 냉각 부재가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 외장 케이스의 하단면에는 지지부재가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 지지부재는 바퀴인 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
10. 제 8 항에 있어서, 상기 냉각 부재는 외장 케이스의 하단면에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 외장 케이스의 내부에 수납된 전지팩들 사이의 이격 공간에 의해 냉매 유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
12. 제 7 항에 있어서, 상기 냉각 부재는 송풍 팬인 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
13. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
14. 제 1 항에 따른 에너지 저장 시스템을 전원으로 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 디바이스는 가정용 전원장치, 공공시설 전원장치, 대형상점용 전원장치, 비상용 전원장치, 전산실 전원장치, 휴대용 전원장치, 의료설비 전원장치, 소화설비 전원장치, 경보설비 전원장치 또는 피난설비 전원장치인 것을 특징으로 하는 디바이스.

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