KR102178719B1 - 배터리 랙 및 이러한 배터리 랙을 포함하는 전력 저장 장치 - Google Patents

배터리 랙 및 이러한 배터리 랙을 포함하는 전력 저장 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙은, 적어도 하나의 배터리 팩, 적어도 하나의 배터리 팩을 수용하는 랙 하우징 및 랙 하우징을 지지하며, 랙 하우징과 랙 하우징이 안착되는 지면을 연결하는 지지 앵커를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 랙 및 이러한 배터리 랙을 포함하는 전력 저장 장치{BATTERY RACK AND ENERGY STORAGE SYSTEM COMPRISING THE BATTERY RACK}
본 발명은 배터리 랙 및 이러한 배터리 랙을 포함하는 전력 저장 장치에 관한 것이다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 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 에너지원으로 주목 받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차 전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.5V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 복수 개의 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 적어도 하나의 배터리 셀로 이루어지는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩을 구성하는 방법이 일반적이다. 여기서, 적어도 하나의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩은 다양한 전압과 용량 요구 조건 등에 따라, 가정용으로 사용되거나 또는 산업용으로서 이러한 배터리 팩을 적어도 하나 이상 포함하는 배터리 랙들을 조합하여 전력 저장 장치를 구성하기도 한다.
종래 전력 저장 장치는, 일반적으로, 적어도 하나의 배터리 팩을 포함하는 적어도 하나의 배터리 랙 및 이러한 적어도 하나의 배터리 랙을 수용하는 랙 컨테이너를 포함하여 구성된다. 여기서, 배터리 랙의 프레임을 이루는 랙 하우징은, 랙 컨테이너 내에서 일반적으로 랙 컨테이너의 벽면에 고정된다.
그러나, 랙 컨테이너의 설계 또는 구조 상, 배터리 랙의 랙 하우징이 랙 컨테이너의 벽면에 고정될 수 없는 케이스가 발생할 수 있다. 아울러, 배터리 랙이 랙 컨테이너가 아닌 다른 구조물, 예로써, 가정용이나 산업용 구조물에 구비될 경우, 배터리 랙의 랙 하우징이 벽면에 고정될 수 없는 케이스가 생길 수 있다.
랙 하우징의 고정이 안정적이지 못할 경우, 배터리 랙이 진동이나 내진 등에 취약할 수 밖에 없다. 그러므로, 배터리 랙의 랙 하우징을 벽면에 고정할 수 없는 구조에서도 배터리 랙의 구조적 강성을 증대시킬 수 있는 방안의 모색이 요청된다.
따라서, 본 발명의 목적은 배터리 랙의 랙 하우징을 벽면에 고정할 수 없는 구조에서 구조적 강성을 증대시킬 수 있는 배터리 랙 및 이러한 배터리 랙을 포함하는 전력 저장 장치를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 해결하기 위해, 본 발명은, 배터리 랙으로서, 적어도 하나의 배터리 팩; 상기 적어도 하나의 배터리 팩을 수용하는 랙 하우징; 및 상기 랙 하우징을 지지하며, 상기 랙 하우징과 상기 랙 하우징이 안착되는 지면을 연결하는 지지 앵커;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 랙을 제공한다.
상기 지지 앵커는, 탄성 재질을 포함하며, 장력을 통해 상기 랙 하우징을 지지할 수 있다.
상기 지지 앵커는, 상기 랙 하우징의 상단부와 상기 지면을 연결할 수 있다.
상기 지지 앵커는, 복수 개로 구비되며, 상기 복수 개의 지지 앵커들은, 상기 랙 하우징의 전방 및 후방에서 각각 상기 랙 하우징을 지지할 수 있다.
상기 지지 앵커는, 상기 랙 하우징의 상단부 일측에 장착되는 제1 지지 빔; 상기 랙 하우징의 상단부 타측에 장착되는 제2 지지 빔; 및 상기 제2 지지 빔과 상기 제1 지지 빔에 연결되며, 상기 지면에 장착되는 탄성유닛;을 포함할 수 있다.
상기 제1 지지 빔과 상기 제2 지지 빔은, 상기 랙 하우징에 탈착 가능하게 결합될 수 있다.
상기 제1 지지 빔과 상기 제2 지지 빔은, 상기 랙 하우징에 후크 결합될 수 있다.
상기 탄성유닛은, 상기 제1 지지 빔과 상기 제2 지지 빔에 샤프트 결합되는 연결부재; 상기 연결부재에 장착되는 소정 길이의 스프링부재; 및 상기 스프링부재의 단부에 마련되며, 상기 지면에 대해 고정되는 지면 고정부재;를 포함할 수 있다.
상기 지면 고정부재는, 상기 지면에 대해 탈착 가능하게 고정될 수 있다.
상기 지면 고정부재는, 상기 지면에 후크 결합될 수 있다.
상기 지면 고정부재는, 상기 랙 하우징의 하단부의 전방 및 후방으로부터 각각 소정 거리 이격되게 배치될 수 있다.
그리고, 본 발명은, 전력 저장 장치로서, 전술한 실시예들에 따른 적어도 하나의 배터리 랙; 및 상기 적어도 하나의 배터리 랙을 수용하는 랙 컨테이너;를 포함하며, 상기 지지 앵커가, 상기 랙 컨테이너의 바닥면에 고정되는 것을 특징으로 하는 전력 저장 장치를 제공한다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 배터리 랙의 랙 하우징을 벽면에 고정할 수 없는 구조에서 구조적 강성을 증대시킬 수 있는 배터리 랙 및 이러한 배터리 랙을 포함하는 전력 저장 장치를 제공할 수 있다.
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 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 전력 저장 장치의 배터리 랙의 평면도이다.
도 3은 도 2의 배터리 랙의 지지 앵커를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1의 전력 저장 장치의 배터리 랙의 상단부 일측 부분의 확대도이다.
도 5는 도 3의 지지 앵커의 탄성유닛의 다른 실시예에 따른 지면 고정부재를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해 질 것이다. 여기서 설명되는 실시예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면은 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장 장치를 설명하기 위한 도면이며, 도 2는 도 1의 전력 저장 장치의 배터리 랙의 평면도이며, 도 3은 도 2의 배터리 랙의 지지 앵커를 설명하기 위한 도면이며, 도 4는 도 1의 전력 저장 장치의 배터리 랙의 상단부 일측 부분의 확대도이며, 도 5는 도 3의 지지 앵커의 탄성유닛의 다른 실시예에 따른 지면 고정부재를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 전력 저장 장치(1)는, 에너지를 안정적으로 공급하도록 가이드 하는 것으로서, 발전소 등에서 과잉 생산된 전력을 저장하거나 또는 전력 피크 시 이를 송전하는 장치일 수 있다.
상기 전력 저장 장치(1)는 에너지원으로서, 물리적 에너지 또는 화학적 에너지를 이용할 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 화학적 에너지원으로서, 이차 전지를 이용하는 것으로 한정하여 설명한다.
이러한 상기 전력 저장 장치(1)는, 랙 컨테이너(10) 및 배터리 랙(50)을 포함할 수 있다.
상기 랙 컨테이너(10)는 후술하는 적어도 하나의 배터리 랙(50)을 수용하기 위한 것이다. 이를 위해, 상기 랙 컨테이너(10)에는 후술하는 적어도 하나의 배터리 랙(50)을 수용할 수 있는 수용 공간이 마련될 수 있다.
상기 배터리 랙(50)은, 복수 개의 이차 전지들을 구비하며, 상기 랙 컨테이너(10) 내에 구비될 수 있다. 한편, 상기 배터리 랙(50)은 상기 랙 컨테이너(10)가 아닌 다른 구조물, 예로써, 가정용이나 산업용 구조물에 구비되는 것도 가능할 수 있다.
상기 배터리 랙(50)은, 배터리 팩(100), 랙 하우징(200) 및 지지 앵커(300)를 포함할 수 있다.
상기 배터리 팩(100)은 복수 개의 이차 전지들의 집합체로서, 복수 개로 구비될 수 있다. 여기서, 상기 복수 개의 이차 전지들은 파우치형 이차 전지들로 구비될 수 있다.
상기 랙 하우징(200)은 상기 복수 개의 배터리 팩들(100)을 수용하며, 상기 랙 컨테이너(10) 내에 장착될 수 있다. 여기서, 상기 랙 하우징(200)은 상기 랙 컨테이너(10) 내에 고정되어 상기 복수 개의 배터리 팩들(100)을 보다 안정적으로 수용할 수 있다. 이때, 상기 랙 하우징(200)의 고정은 일반적으로 상기 랙 컨테이너(10) 내의 벽면에서 이루어지는데, 상기 랙 컨테이너(10)의 설계 또는 구조 상 벽면에 고정될 수 없는 경우가 있다. 아울러, 상기 랙 하우징(200)이 가정용이나 산업용 구조물에 구비되는 경우에서도 벽면에 고정될 수 없는 경우가 있다.
상기 지지 앵커(300)는 상기 랙 하우징(200)의 상기 랙 컨테이너(10)의 벽면에 고정될 수 없을 때, 상기 랙 하우징(200)을 고정 및 지지하기 위한 것으로서, 상기 랙 하우징(200)과 상기 랙 하우징(200)이 안착되는 지면(15)을 연결할 수 있다.
이러한 상기 지지 앵커(300)는 탄성 재질을 포함하며, 장력을 통해 상기 랙 하우징(200)을 지지할 수 있다. 구체적으로, 상기 지지 앵커(300)는 보다 안정적인 지지를 위해 상기 랙 하우징(200)의 상단부와 상기 지면(15), 구체적으로, 상기 랙 컨테이너(10)의 바닥면(15)을 연결할 수 있다.
상기 지지 앵커(300)는 상기 랙 하우징(200)의 지지 및 고정을 보다 견고히 할 수 있게 복수 개로 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 지지 앵커(300)가 한 쌍으로 구비되는 것으로 한정하여 설명한다.
상기 한 쌍의 지지 앵커들(300)은, 상기 랙 하우징(200)의 전방 및 후방에서 각각 상기 랙 하우징(200)을 지지할 수 있다. 이에 따라, 상기 랙 하우징(200)은 전방 및 후방 양측에서 상기 지지 앵커들(300)을 통해 고정 및 지지되기에, 보다 안정적으로 상기 랙 컨테이너(10) 내에 고정될 수 있다.
이하, 상기 한 쌍의 지지 앵커들(300)의 구조에 대해 보다 자세히 살펴 본다.
각각의 지지 앵커(300)는, 제1 지지 빔(310), 제2 지지 빔(330) 및 탄성유닛(350)을 포함할 수 있다.
상기 제1 지지 빔(310)은 상기 랙 하우징(200)의 상단부 일측에 장착될 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 지지 빔(310)의 일단부(312)가 상기 랙 하우징(200)의 상단부 일측에 장착될 수 있다. 더 구체적으로, 상기 제1 지지 빔(310)의 일단부(312)는 후크 형상으로 마련되어 상기 랙 하우징(200)의 상단부 일측에 마련되는 후크 홀(205)에 탈착 가능하게 후크 결합될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 지지 빔(310)은 상기 랙 하우징(200)에 간편하게 탈부착시킬 수 있어, 상기 랙 하우징(200)으로의 결합 작업 효율을 높일 수 있다.
상기 제1 지지 빔(310)의 타단부(316)는 후술하는 탄성유닛(350)에 연결될 수 있다. 이에 대해서는 하기 탄성유닛(350)의 관련 설명에서 보다 자세히 설명한다.
상기 제2 지지 빔(330)은 상기 랙 하우징(200)의 상단부 타측에 장착될 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 지지 빔(330)의 일단부(332)가 상기 랙 하우징(200)의 상단부 타측에 장착될 수 있다. 더 구체적으로, 상기 제2 지지 빔(330)의 일단부(332), 또한, 상기 제1 지지 빔(310)의 일단부(312)와 같이 후크 형상으로 마련되어 상기 랙 하우징(200)의 상단부 타측에 마련되는 후크 홀(205)에 탈착 가능하게 후크 결합될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2 지지 빔(330), 또한, 상기 제1 지지 빔(310)과 같이 상기 랙 하우징(200)에 간편하게 탈부착시킬 수 있어, 상기 랙 하우징(200)으로의 결합 작업 효율을 높일 수 있다.
상기 제2 지지 빔(330)의 타단부(336)는 후술하는 탄성유닛(350)에 연결될 수 있다. 이에 대해서는 하기 탄성유닛(350)의 관련 설명에서 보다 자세히 설명한다.
상기 탄성유닛(350)은 상기 탄성 재질을 포함하고, 상기 제1 지지 빔(310)과 상기 제2 지지 빔(330)에 연결되며, 상기 랙 컨테이너(10)의 바닥면(15)에 장착될 수 있다.
이러한 상기 탄성유닛(350)은, 연결부재(352), 스프링부재(354) 및 지면 고정부재(356)를 포함할 수 있다.
상기 연결부재(352)는 상기 제1 지지 빔(310)과 상기 제2 지지 빔(330)에 샤프트 결합될 수 있다. 구체적으로, 상기 연결부재(352)는 상기 제1 지지 빔(310)의 타단부(316) 및 상기 제2 지지 빔(330)의 타단부(336)와 샤프트 결합될 수 있다.
상기 스프링부재(354)는 상기 탄성 재질로 이루어지고, 소정 길이를 갖는 고강도 스프링으로 마련될 수 있다. 이러한 상기 스프링부재(354)는 상기 연결부재(352)와 후술하는 지면 고정부재(356 또는 358)를 연결할 수 있다.
상기 지면 고정부재(356)는 상기 스프링부재(354)의 단부에 마련되며, 상기 랙 컨테이너(10)의 바닥면(15)에 고정될 수 있다. 이때, 상기 지면 고정부재(356)는 상기 바닥면(15)에 대해 탈착 가능하게 고정될 수 있다. 여기서, 도 5에 개시된 바와 같이, 상기 지면 고정부재(358)는 후크 형상으로 이루어져, 상기 바닥면(15)에 대해 탈착 가능하게 후크 결합되는 것도 가능할 수 있다. 이에 따라, 상기 지면 고정부재(358)는 상기 바닥면(15)에 간편하게 탈부착시킬 수 있어, 상기 바닥면(15)과의 결합 작업 효율을 높일 수 있다.
이러한 상기 지면 고정부재(356 또는 358)는 상기 바닥면(15) 고정 시 상기 랙 하우징(200)의 하단부의 전방 및 후방으로부터 각각 소정 거리 이격되게 배치될 수 있다.
본 실시예에서는, 이러한 구조로 이루어지는 상기 지지 앵커(300)를 통해, 상기 랙 하우징(200)의 벽면 고정이 필요하지 않기에, 벽면 고정이 불가능한 구조에서도 상기 배터리 랙(50)을 안정적으로 고정시킬 수 있다.
아울러, 본 실시예에서는, 상기 지지 앵커(300)를 상기 랙 하우징(200)과 상기 지면(15)에 대해 간단하게 탈부착시킬 수 있기에, 작업 효율이 향상되며 작업 편의성이 확보될 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 상기 고강도 스프링을 포함하는 상기 지지 앵커(300)를 통해 상기 바닥면(15) 고정에서도 랙 하우징(200)의 구조적 강성을 높일 수 있기에, 배터리 랙(50)의 공진 주파수를 향상시킬 수 있다.
이러한 본 실시예에 따라, 외부 충격이나 진동 및 내진 등으로부터 안전한 배터리 랙(50) 및 이러한 배터리 랙(50)을 포함하는 전력 저장 장치(1)를 제공할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.
1: 전력 저장 장치 10: 랙 컨테이너
50: 배터리 랙 100: 배터리 팩
200: 랙 하우징 205: 후크 홀
300: 지지 앵커 310: 제1 지지 빔
330: 제2 지지 빔 350: 탄성유닛
352: 연결부재 354: 스프링부재
356, 358: 지면 고정부재

Claims (12)

  1. 배터리 랙에 있어서,
    적어도 하나의 배터리 팩;
    상기 적어도 하나의 배터리 팩을 수용하는 랙 하우징; 및
    상기 랙 하우징을 지지하며, 상기 랙 하우징과 상기 랙 하우징이 안착되는 지면을 연결하는 지지 앵커;를 포함하며,
    상기 지지 앵커는,
    상기 랙 하우징의 상단부 일측에 장착되는 제1 지지 빔;
    상기 랙 하우징의 상단부 타측에 장착되는 제2 지지 빔; 및
    상기 제2 지지 빔과 상기 제1 지지 빔에 연결되며, 상기 지면에 장착되는 탄성유닛;을 포함하며,
    상기 제1 지지 빔의 일단부는,
    후크 형상으로 마련되어 상기 랙 하우징의 상단부 일측에 마련되는 후크 홀에 탈착 가능하게 후크 결합되며,
    상기 제2 지지 빔의 일단부는,
    후크 형상으로 마련되어 상기 랙 하우징의 상단부 타측에 마련되는 후크 홀에 탈착 가능하게 후크 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 지지 앵커는,
    탄성 재질을 포함하며, 장력을 통해 상기 랙 하우징을 지지하는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 지지 앵커는,
    상기 랙 하우징의 상단부와 상기 지면을 연결하는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 지지 앵커는,
    복수 개로 구비되며,
    상기 복수 개의 지지 앵커들은,
    상기 랙 하우징의 전방 및 후방에서 각각 상기 랙 하우징을 지지하는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 탄성유닛은,
    상기 제1 지지 빔과 상기 제2 지지 빔에 샤프트 결합되는 연결부재;
    상기 연결부재에 장착되는 소정 길이의 스프링부재; 및
    상기 스프링부재의 단부에 마련되며, 상기 지면에 대해 고정되는 지면 고정부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 지면 고정부재는,
    상기 지면에 대해 탈착 가능하게 고정되는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 지면 고정부재는,
    상기 지면에 후크 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 지면 고정부재는,
    상기 랙 하우징의 하단부의 전방 및 후방으로부터 각각 소정 거리 이격되게 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  12. 제1항에 따른 적어도 하나의 배터리 랙; 및
    상기 적어도 하나의 배터리 랙을 수용하는 랙 컨테이너;를 포함하며,
    상기 지지 앵커는,
    상기 랙 컨테이너의 바닥면에 고정되는 것을 특징으로 하는 전력 저장 장치.
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