KR101629004B1 - 전력 저장 장치 - Google Patents

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KR101629004B1
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황용준
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Abstract

전력 저장 장치를 제공한다. 본 발명에 따르면, 나트륨 베이스(Na-base)의 전기 모듈 내부에 일정한 간격으로 배치되는 다수개의 단위전지, 상기 전기 모듈 상, 하부에 각각 설치되고, 상기 전기 모듈 작동온도를 유지시켜 주고 다수개의 단위전지간 온도를 균일하게 유지하기 위한 상, 하부 히터, 및
상기 전기 모듈의 상, 하부에 각각 설치되고, 상기 모듈 중심부와 모서리(edge)간에 발생되는 온도 차이를 최소화 할 수 있도록 상기 상, 하부 히터에서 발생된 열을 상기 모듈 중심부로부터 상기 모듈 모서리쪽으로 확산시키기 위한 상, 하부 열 확산부(thermal spreader)를 포함한다.

Description

전력 저장 장치{energy storage system}
본 발명은 전력 저장 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 나트륨 베이스(Na-base) 전기 모듈 내부에 사용되고 있는 다수의 히터를 최소화 하고, 모듈 내부에 열적 안전성을 확보하고, 모듈 내부 단위전지간 온도 차이에 따른 단위전지 전압 및 저항 편차로 인한 모듈 효율 저감을 최소화 할 수 있는 전력 저장 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 나트륨 베이스(Na-base) 전기 모듈은 도 1에 도시된 바와 같이, 모듈(1) 작동온도인 대략 270℃ ~ 350℃를 유지하고, 모듈(1) 내부에 다수개의 단위전지(3)가 위치하며, 다수개의 단위전지(3)간 온도 차이에 따라 모듈화 효율이 큰 차이가 있기 때문에 단위전지간 온도를 균일하게 유지하기 위해 다수의 히터가 사용되고 있다.
또한, 각각의 히터를 작동 및 제어하기 위해 전원 공급부, 히터 온도 제어부, 릴레이(Relay) 등의 다수의 장치가 사용되고 있다.
즉, 모듈(1) 내부에 단위전지(3)의 운영온도 및 단위전지(3)간 온도 균일도를 위해 모듈(1) 측면부에 4개의 측면 히터(5), 하면부에 1개의 하부 히터(7)가 설치되어 있다.
이와 같이 모듈(1)의 측면부와 하면부에 다수의 히터(5, 7) 사용으로 인하여 모듈 내부 시스템 구성이 복잡해 지고, 다수의 측면 히터(5)와 하부 히터(7)를 작동하기 위해 연결된 와이어를 통한 열손실로 인하여 모듈 효율이 낮아지게 되는 문제점이 있었다.
또한, 다수의 히터 사용으로 인하여 모듈 제품 제조 비용이 크게 높아지게 되는 문제점이 발생되고 있었다.
본 발명은 나트륨 베이스(Na-base) 전기 모듈 내부에 사용되고 있는 다수의 히터를 최소화 하고, 모듈 내부에 열적 안전성을 확보하고, 모듈 내부 단위전지간 온도 차이에 따른 단위전지 전압 및 저항 편차로 인한 모듈 효율 저감을 최소화 할 수 있는 전력 저장 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 나트륨 베이스(Na-base)의 전기 모듈 내부에 일정한 간격으로 배치되는 다수개의 단위전지,
상기 전기 모듈 상, 하부에 각각 설치되고, 상기 전기 모듈 작동온도를 유지시켜 주고 다수개의 단위전지간 온도를 균일하게 유지하기 위한 상, 하부 히터, 및
상기 전기 모듈 상, 하부에 각각 설치되고, 상기 모듈 중심부와 모서리(edge)간에 발생되는 온도 차이를 최소화 할 수 있도록 상기 상, 하부 히터에서 발생된 열을 상기 모듈 중심부로부터 상기 모듈 모서리쪽으로 확산시키기 위한 상, 하부 열 확산부(thermal spreader)를 포함하는 전력 저장 장치가 제공될 수 있다.
상기 상부 열 확산부는 상기 상부 히터에서 발생된 열을 상기 모듈 중심부로부터 상기 모듈 모서리쪽으로 확산시켜 상기 모듈 중심부와 상기 모듈 모서리간 온도가 균일하게 될 수 있도록 상기 상부 히터와 상기 단위전지의 상단부 사이에 설치될 수 있다.
상기 하부 열 확산부는 상기 하부 히터에서 발생된 열을 상기 모듈 중심부로부터 상기 모듈 모서리쪽으로 확산시켜 상기 모듈 중심부와 상기 모듈 모서리간 온도가 균일하게 될 수 있도록 상기 하부 히터와 상기 단위전지의 하단부 사이에 설치될 수 있다.
상기 상, 하부 열 확산부는 상기 모듈 중심부로부터 상기 모듈 모서리쪽으로 열 확산을 위해 알루미늄(Al), 및 구리(Cu)보다 높은 열전도도를 갖는 상, 하부 열 확산부재를 포함할 수 있다.
상기 상, 하부 열 확산 부재400 ~ 500W/mK의 열전도도를 그래파이트 시트(Graphite sheet)로 이루어질 수 있다.
상기 상, 하부 열 확산부는 상기 상, 하부 열 확산부재의 내측에 배치되고, 상기 단위전지 및 상기 모듈 내부 구조물과 전기적인 절연을 위한 상, 하부 절연부재를 포함할 수 있다.
상기 상, 하부 절연부재는 상기 모듈 내부의 고온 작동온도에서도 상기 단위전지 및 상기 모듈 내부 구조물과 효과적으로 전기적으로 절연할 수 있도록 고온 절연재인 운모 시트(mica shee)로 이루어질 수 있다.
상기 상, 하부 열 확산부는 상기 상, 하부 열 확산부재의 외측에 코팅되고, 상기 상, 하부 열 확산부재의 파손을 방지하기 위한 상, 하부 코팅부재를 포함할 수 있다.
상기 상, 하부 코팅부재는 상기 상, 하부 열 확산부재의 그래파이트 시트의 높은 취성으로 인한 파손을 방지할 수 있도록 알루미늄(Al) 시트 또는 구리(Cu) 시트로 이루어질 수 있다.
상기 상, 하부 절연부재의 두께는 상기 상, 하부 열 확산부재의 두께보다 두껍게 설정될 수 있다.
상기 상, 하부 코팅부재의 두께는 상기 상, 하부 열 확산부재의 두께보다 얇게 설정될 수 있다.
본 발명의 구현예에 따르면, 열전도도가 높은 Thermal spreader를 적용하여 종래에 모듈 내부에 사용되고 있는 히터의 수량 최소화를 통해 제품 제조 비용을 최소화 할 수 있으며 시스템을 단순화 할 수 있고, 모듈 내부 단위전지간 온도 차이에 따른 단위전지 전압 및 저항 편차로 인한 모듈 효율 저감을 최소화하는 효과를 가져 올 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 전력 저장 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 전력 저장 장치의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 전력 저장 장치의 상부 열 확산부의 개략적인 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 전력 저장 장치의 하부 열 확산부의 개략적인 구성도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 구현예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 구현예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.
이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 구현예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함하는” 의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 전력 저장 장치의 개략적인 구성도이고, 도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 전력 저장 장치의 상부 열 확산부의 개략적인 구성도이며, 도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 전력 저장 장치의 하부 열 확산부의 개략적인 구성도이다.
도 2 내지 도 4를 참고하면, 본 발명의 일 구현예에 따른 전력 저장 장치는,
나트륨 베이스(Na-base)의 전기 모듈(100) 내부에 일정한 간격으로 배치되는 다수개의 단위전지(110),
상기 전기 모듈(100) 상, 하부에 각각 설치되고, 상기 전기 모듈(100) 작동온도를 유지시켜 주고 다수개의 단위전지(110)간 온도를 균일하게 유지하기 위한 상, 하부 히터(200, 300), 및
상기 전기 모듈(100) 상, 하부에 각각 설치되고, 상기 모듈(100) 중심부와 모서리(edge)간에 발생되는 온도 차이를 최소화 할 수 있도록 상기 상, 하부 히터(200, 300)에서 발생된 열을 상기 모듈(100) 중심부로부터 상기 모듈(100) 모서리쪽으로 확산시키기 위한 상, 하부 열 확산부(thermal spreader)(400, 500)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 상부 열 확산부(400)는 상기 상부 히터(200)에서 발생된 열을 상기 모듈(100) 중심부로부터 상기 모듈(100) 모서리쪽으로 확산시켜 상기 모듈(100) 중심부와 상기 모듈(100) 모서리간 온도가 균일하게 될 수 있도록 상기 상부 히터(200)와 상기 단위전지(110)의 상단부 사이에 설치될 수 있다.
상기 하부 열 확산부(500)는 상기 하부 히터(300)에서 발생된 열을 상기 모듈(100) 중심부로부터 상기 모듈(100) 모서리쪽으로 확산시켜 상기 모듈(100) 중심부와 상기 모듈(100) 모서리간 온도가 균일하게 될 수 있도록 상기 하부 히터(300)와 상기 단위전지(110)의 하단부 사이에 설치될 수 있다.
상기 상, 하부 열 확산부(400, 500)는 상기 모듈(100) 중심부로부터 상기 모듈(100) 모서리쪽으로 열 확산을 위해 알루미늄(Al), 및 구리(Cu)보다 높은 열전도도를 갖고 제1 설정두께를 갖는 상, 하부 열 확산부재(410, 510)를 포함할 수 있다.
상기 상, 하부 열 확산 부재(410, 510)는 예컨대, 400 ~ 500W/mK의 열전도도를 갖는 그래파이트 시트(Graphite sheet)로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 상, 하부 열 확산부(400, 500)는 상기 상, 하부 열 확산부재(410, 510)의 내측에 배치되고, 상기 단위전지(110) 및 상기 모듈(100) 내부 구조물과 전기적인 절연을 위하여 제2 설정두께를 갖는 상, 하부 절연부재(420, 520)를 포함할 수 있다.
상기 상, 하부 절연부재(420, 520)는 상기 단위전지(110) 및 상기 모듈(100) 내부 구조물과 효과적인 전기적인 절연을 위하여 상기 상, 하부 열 확산부재(410, 510)와 상기 단위전지(110)의 상, 하단부 사이에 각각 배치될 수 있다.
또한, 상기 상, 하부 절연부재(420, 520)는 상기 모듈(100) 내부의 고온 작동온도에서도 상기 단위전지(110) 및 상기 모듈(110) 내부 구조물과 효과적으로 전기적으로 절연할 수 있도록 고온 절연재인 운모 시트(mica shee)로 이루어질 수 있다.
상기 상, 하부 절연부재(420, 520)의 제2 설정두께는 상기 상, 하부 열 확산부재(410, 510)의 제1 설정두께보다 두껍게 설정될 수 있다.
또한, 상기 상, 하부 열 확산부(400, 500)는 상기 상, 하부 열 확산부재(410, 510)의 외측에 코팅되고, 상기 상, 하부 열 확산부재(410, 510)의 파손을 방지하기 위하여 제3 설정두께를 갖는 상, 하부 코팅부재(430, 530)를 포함할 수 있다.
상기 상, 하부 코팅부재(430, 530)는 상기 상, 하부 열 확산부재(410, 510)의 그래파이트 시트의 높은 취성으로 인한 파손을 방지할 수 있도록 알루미늄(Al) 시트 또는 구리(Cu) 시트로 이루어질 수 있다.
상기 상, 하부 코팅부재(430, 530)의 제3 설정두께는 상기 상, 하부 열 확산부재(410, 510)의 제1 설정두께보다 얇게 설정될 수 있다.
이하에서, 도 2 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 구현예에 따른 전력 저장 장치의 작동에 대해서 설명한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 전력 저장 장치는 모듈(100) 내부 온도 균일도를 확보하기 위해 상, 하부 열 확산부(Thermal spreader)(400, 500)를 적용하였다.
상기 상, 하부 열 확산부(Thermal spreader)(400, 500)는 도 2 내지 도 4와 같이 상기 단위전지(110) 및 상기 모듈(100) 내부 구조물과 전기적인 절연을 위해 상기 상, 하부 열 확산부재(410, 510)의 내측에 배치된 고온 절연재인 상, 하부 절연부재(420, 520)인 운모 시트(mica sheet),
열 확산을 위한 상, 하부 열 확산부재(410, 510)인 알루미늄(AL) 및 구미(CU) 보다 열전도도가 우수한 그래파이트 시트(Graphite sheet)(열전도도 400 ~ 500W/mK),
그리고 상기 상, 하부 열 확산부재(410, 510)의 재질인 그래파이트(Graphite)는 취성이 높기 때문에 상기 상, 하부 열 확산부재(410, 510)의 파손 방지를 위해 상기 상, 하부 열 확산부재(410, 510)의 외측에 배치된 상기 상, 하부 코팅부재(430, 530)인 알루미늄 시트 또는 동판 시트를 배치하였다.
상기와 같이 구성된 상, 하부 열 확산부(Thermal spreader)(400, 500)를 도 2와 같이 모듈 상, 하부, 즉 상기 상부 히터(200)와 상기 단위전지(110)의 상단부 사이 및 상기 하부 히터(300)와 상기 단위전지(110)의 하단부 사이에 각각 설치하여 상기 모듈(100) 중심부와 상기 모듈(100) 모서리(edge)간에 발생되는 온도 차이를 최소화시킬 수 있도록 상기 상, 하부 히터(200, 300)에서 발생된 열을 상기 모듈(100) 중심부로부터 상기 모듈(100) 모서리쪽으로 확산시켜 상기 모듈(100) 중심부와 상기 모듈(100) 모서리간 온도가 균일하게 될 수 있도록 함으로써, 종래기술에 따른 모듈의 측면부에 설치된 측면 히터를 제거할 수 있다.
100: 모듈 110: 단위전지
200: 상부 히터 300: 하부 히터
400: 상부 열 확산부 500: 하부 열 확산부

Claims (11)

  1. 나트륨 베이스(Na-base)의 전기 모듈 내부에 일정한 간격으로 배치되는 다수개의 단위전지,
    상기 전기 모듈 상, 하부에 각각 설치되고, 상기 전기 모듈 작동온도를 유지시켜 주고 다수개의 단위전지간 온도를 균일하게 유지하기 위한 상, 하부 히터, 및
    상기 전기 모듈 상, 하부에 각각 설치되고, 상기 모듈 중심부와 모서리(edge)간에 발생되는 온도 차이를 최소화 할 수 있도록 상기 상, 하부 히터에서 발생된 열을 상기 모듈 중심부로부터 상기 모듈 모서리쪽으로 확산시키기 위한 상, 하부 열 확산부(thermal spreader)
    를 포함하고,
    상기 상, 하부 열 확산부는 상기 모듈 중심부로부터 상기 모듈 모서리쪽으로 열 확산을 위해 400 ~ 500W/mK의 열전도도를 갖는 그래파이트 시트(Graphite sheet)로 이루어지는 상, 하부 열 확산부재를 포함하고,
    상기 상, 하부 열 확산부는 상기 상, 하부 열 확산부재의 내측에 배치되고, 상기 단위전지 및 상기 모듈 내부 구조물과 전기적인 절연을 위한 상, 하부 절연부재를 포함하고,
    상기 상, 하부 열 확산부는 상기 상, 하부 열 확산부재의 외측에 코팅되고, 상기 상, 하부 열 확산부재의 파손을 방지하기 위한 상, 하부 코팅부재를 포함하는 전력 저장 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상부 열 확산부는 상기 상부 히터에서 발생된 열을 상기 모듈 중심부로부터 상기 모듈 모서리쪽으로 확산시켜 상기 모듈 중심부와 상기 모듈 모서리간 온도가 균일하게 될 수 있도록 상기 상부 히터와 상기 단위전지의 상단부 사이에 설치되는 전력 저장 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하부 열 확산부는 상기 하부 히터에서 발생된 열을 상기 모듈 중심부로부터 상기 모듈 모서리쪽으로 확산시켜 상기 모듈 중심부와 상기 모듈 모서리간 온도가 균일하게 될 수 있도록 상기 하부 히터와 상기 단위전지의 하단부 사이에 설치되는 전력 저장 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 상, 하부 절연부재는 상기 모듈 내부의 고온 작동온도에서도 상기 단위전지 및 상기 모듈 내부 구조물과 효과적으로 전기적으로 절연할 수 있도록 고온 절연재인 운모 시트(mica shee)로 이루어지는 전력 저장 장치.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 상, 하부 코팅부재는 상기 상, 하부 열 확산부재의 그래파이트 시트의 높은 취성으로 인한 파손을 방지할 수 있도록 알루미늄(Al) 시트 또는 구리(Cu) 시트로 이루어지는 전력 저장 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 상, 하부 절연부재의 두께는 상기 상, 하부 열 확산부재의 두께보다 두껍게 설정되는 전력 저장 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 상, 하부 코팅부재의 두께는 상기 상, 하부 열 확산부재의 두께보다 얇게 설정되는 전력 저장 장치.
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JP2013218930A (ja) * 2012-04-10 2013-10-24 Denso Corp 電池セルの熱伝導構造、電池モジュールおよび電池パック

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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