KR102212034B1 - 에너지 저장 시스템이 적용된 컨테이너 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에너지 저장 시스템이 적용된 컨테이너에 관한 것으로, 에너지 저장 시스템이 적용된 컨테이너 내 배터리 랙에 수용되는 다수의 배터리 모듈에 냉기를 제공하기 위해 마련되는 제1송풍팬과 함께 배터리 랙이 배치되는 액세스 플로어 일측에 배터리 랙 하단과 연통되는 제2송풍팬이 마련되어 배터리 랙으로 유입되는 냉기가 배터리 랙 내부에 상하방향으로 적층 수용되어 있는 배터리 모듈 전체에 걸쳐 골고루 제공됨은 물론이고, 더 나아가 액세스 플로어 아래에 지나가는 전력 케이블에도 냉기가 동시 제공되도록 하여 전력의 충전 혹은 방전 시에 배터리 모듈과 전력 케이블에서 발생하는 고온의 발열 현상으로 인한 장비 내구성 및 수명 저하 문제 및 성능 불량 문제를 해소할 수 있다.

Description

에너지 저장 시스템이 적용된 컨테이너 {CONTAINER HAVING ENERGY STORAGE SYSTEM}
본 발명은 에너지 저장 시스템(ESS, Energy Storage System)이 적용된 컨테이너에 관한 것이다.
에너지 저장 시스템(ESS, Energy Storage System)은 유휴 전력 및 에너지를 전력 계통(Grid)으로부터 제공받아 저장해두었다가 필요한 시점에 외부 부하에 제공하여 에너지 사용 효율을 높이기 위한 시스템이다.
이러한 에너지 저장 시스템은 전력을 저장하는 방법에 따라 리튬 전지, 납축 전지 등의 배터리를 사용하는 방식과 양수발전, 플라이 휠 등을 사용하는 비 배터리 방식으로 구분된다.
여기서, 비 배터리 방식의 에너지 저장 시스템은 부지 선정이 어렵고 오랜 건설기간이 요구되는 반면 배터리 방식의 에너지 저장 시스템은 설치 기간이 짧고 장소의 제약이 없으며 충전 및 방전 속도가 빨라 2차 전지를 이용한 배터리 방식의 에너지 저장 시스템은 지속적인 산업 확산을 보이고 있다.
이와 같은 배터리를 이용한 에너지 저장 시스템에서 가장 중요한 것은 배터리 모듈인데, 높은 에너지 밀도를 가지는 배터리를 활용할수록 배터리의 충전 혹은 방전 시 높은 온도 혹은 과충전으로 인한 화재 및 폭발의 사고가 발생할 가능성이 높아진다.
또한, 배터리 모듈의 열관리가 정상적으로 이루어지지 않을 경우, 배터리의 내구성 및 수명은 치명적으로 줄어들게 되고, 이는 결과적으로 에너지 저장 시스템에서 제공하고자 하는 전력 저장 및 공급의 성능에도 큰 영향을 끼치게 된다.
이 뿐만 아니라, 에너지 저장 시스템에 사용되는 배터리 모듈에 대한 열관리가 비정상적일 경우, 배터리 모듈을 구성하는 배터리 셀간의 온도 편자가 발생하게 되고, 이는 사용 가능한 배터리 셀이 많음에도 배터리 모듈 전체를 교체해야하는 문제점을 유발하게 된다.
이와 관련하여 에너지 저장 시스템 내 배터리 모듈들의 열 관리가 정상적으로 이루어질 수 있도록 하기 위해 마련된 종래기술에 대한 선행문헌에는 대한민국 등록특허공보 제10-1829093호의 "배터리 시스템의 냉각 공기 흐름 제엉 시스템 및 방법"(이하, '종래기술'이라고 함)이 있다.
하지만, 종래기술을 비롯한 기존의 에너지 저장 시스템 혹은 에너지 저장 시스템이 적용된 장치의 경우, 배터리 모듈의 열 관리 이용되는 냉기의 유동성을 고려한 냉기의 공급 형태가 배터리 모듈 위치 별로 상이하여 배터리 모듈 위치에 따른 온도 편차를 해소하지 못하는 문제점이 있었다.
더 나아가, 종래기술을 비롯한 기존의 에너지 저장 시스템 혹은 에너지 저장 시스템이 적용된 장치의 경우, 배터리 모듈의 충전 혹은 방전 시 전력의 이동 경로로 이용되는 케이블에서 발생하는 고온의 발열 문제를 해소하지 못하여 케이블의 전력 저장 및 공급을 위한 이동 성능 및 효율을 저하시키고, 케이블의 내구성 및 수명이 급격히 저하되는 문제점이 있었다.
이로 인해, 배터리 모듈의 열 관리가 정상적으로 이루어지더라도 케이블에서 발생하는 고온의 발열 현상으로 인해 에너지 저장 시스템 혹은 에너지 저장 시스템이 적용된 장치 전체에 걸친 비정상적 열관리가 유발되게 되고, 앞 서 설명한 각종 비정상적 열관리로 인한 문제가 다시 발생하였다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로써, 본 발명의 목적은 에너지 저장 시스템 혹은 에너지 저장 시스템이 적용된 장치 전체에 걸쳐 균등하게 냉기가 제공되어 배터리 모듈 위치에 상관없이 모두 동일한 수준의 열관리가 이루어질 수 있는 기술을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로써, 본 발명의 또 다른 목적은 에너지 저장 시스템 혹은 에너지 저장 시스템이 적용된 장치 내의 배터리 모듈과 전기적 연결을 통해 전력의 충전 및 방전의 이동 경로를 제공하는 케이블에도 냉기가 제공되어 배터리 모듈과 같이 정상적인 열관리가 동시에 이루어질 수 있는 기술을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템이 적용된 컨테이너는, 내부에 소정의 설치공간이 마련되는 컨테이너 본체; 상기 설치공간 내 설치되며, 내부 수용공간에 전력의 충전 또는 방전이 가능한 다수의 배터리 모듈이 수용되는 다수의 배터리 랙(Battery Rack); 상기 다수의 배터리 모듈과 외부 전력계통(Grid)을 전기적으로 연결하여 상기 외부 전력계통으로부터 전력이 상기 다수의 배터리 모듈에 충전되도록 하고, 상기 다수의 배터리 모듈과 외부 부하를 전기적으로 연결하여 상기 배터리 모듈로부터 방전된 전력이 상기 외부 부하에 공급되도록 하는 전력 케이블; 상기 설치공간 내 하부에 설치되어, 상측에는 상기 다수의 배터리 랙이 배치되고, 하측에는 상기 전력 케이블이 지나가는 액세스 플로어(Access Floor); 상기 설치공간 내 온도를 낮추기 위한 냉기를 생성하여 상기 설치공간 내에 공급하는 냉각장치; 상기 배터리 랙의 일측에 마련되어 상기 냉각장치를 통해 상기 설치공간에 공급되어 상기 배터리 랙에 유입되는 냉기가 상기 배터리 랙의 수용공간 내 다수의 배터리 모듈에 제공되도록 하는 적어도 하나 이상의 제1송풍팬; 및 상기 액세스 플로어의 일측에 상기 배터리 랙의 하단의 일측과 연통되도록 마련되어 상기 배터리 랙에 유입된 냉기가 상기 배터리 랙 상부에서 하부로 이동된 후, 상기 액세스 플로어 하측을 지나는 전력 케이블에도 제공되도록 하는 적어도 하나 이상의 제2송풍팬;을 포함한다.
여기서, 상기 배터리 랙은 상단에 소정의 개방공간을 제공하는 적어도 하나 이상의 냉기 유입구멍을 구비하며, 상기 제2송풍팬은 상기 냉각장치를 통해 생성되어 상기 컨테이너 본체의 설치공간 내에 공급된 후, 상기 냉기 유입구멍을 통해 상기 배터리 랙의 수용공간 내에 유입된 냉기가 상기 배터리 랙의 수용공간 내 상부에서 하부로 유인되어 이동하도록 하며, 상기 제1송풍팬은 상기 제2송풍팬에 의해 상기 배터리 랙의 수용공간 내 상부에서 하부로 유인 이동하는 냉기의 일부가 상기 배터리 랙의 수용공간 내 지면에 수직하게 적층 수용된 다수의 배터리 모듈에 제공되도록 한다.
아울러, 상기 배터리 랙은 하단에 소정의 개방공간을 제공하는 적어도 하나 이상의 냉기 전달구멍을 구비하며, 상기 제2송풍팬은 지면을 기준으로 수직하게 대응되는 위치에 형성되어 상기 배터리 랙의 수용공간 내에 유입되어 상기 제2송풍팬에 의해 상기 배터리 랙 하부로 유인 이동된 냉기가 상기 냉기 전달구멍을 거쳐 상기 액세스 플로어 하측을 지나는 전력 케이블에도 제공되도록 한다.
또한, 상기 배터리 랙은 상기 제1송풍팬이 마련된 위치와 마주하는 반대쪽 타측에 소정의 개방공간을 제공하는 적어도 하나 이상의 냉기 배출구멍을 구비하며, 상기 제1송풍팬은 상기 배터리 랙의 수용공간 내 지면에 수직하게 적층 수용된 다수의 배터리 모듈에 제공하는 냉기가 상기 다수의 배터리 모듈을 거쳐 상기 냉기 배출구멍을 통해 상기 배터리 랙의 외측 상기 설치공간 내로 배출되도록 한다.
본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 에너지 저장 시스템이 적용된 컨테이너 내 다수의 배터리 랙에 수용되어 배터리 랙 상부에서 하부에 이르기까지 지면에 수직하게 적층 설치되는 다수의 배터리 모듈 전체에 걸쳐 골고루 균등하게 냉기가 제공될 수 있다.
둘째, 배터리 랙의 상부에 수용 설치된 배터리 모듈과 배터리 랙의 하부에 수용 설치된 배터리 모듈 간의 냉기 제공 수준 및 열 관리 형태에 편차가 발생하지 않아, 비정상적 열관리로 인한 배터리 모듈의 내구성 및 수명 감쇠 현상을 방지하고, 더 나아가 배터리 모듈의 전력 충전 및 방전 성능 효율을 우수하게 유지할 수 있다.
셋째, 배터리 랙이 배치된 액세스 플로어에 설치된 제2송풍팬을 통해 배터리 랙 하부로 유인 이동된 냉기가 냉기 전달구멍을 거쳐 액세스 플로어 하측 개방공간을 지나는 전력 케이블에도 전달되어, 전력의 충전 혹은 방전 시 전력 케이블에서 발생하는 발열 문제가 해소될 수 있다.
넷째, 전력 케이블에도 충분한 냉기가 전달되어 정상적인 열 관리가 이루어짐에 따라, 발열로 인한 전력 케이블의 내구성 및 수명 감쇠 현상을 방지하고, 더 나아가 전력 케이블의 전력 이동 성능 효율을 우수하게 유지할 수 있다.
도1은 본 발명의 에너지 저장 시스템이 적용된 컨테이너 내 배터리 랙의 내부 구조 및 설치 형태를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도2는 본 발명의 에너지 저장 시스템이 적용된 컨테이너의 구성 및 연결형태를 설명하기 위해 개략적으로 도시한 구성도이다.
도3은 종래의 에너지 저장 시스템이 적용된 컨테이너 내 배터리 랙의 내부 구조 및 설치 형태에 따른 냉기의 유동 형태를 설명하기 위한 개념도이다.
도4은 본 발명의 에너지 저장 시스템이 적용된 컨테이너 내 배터리 랙의 내부 구조 및 설치 형태에 따른 냉기의 유동 형태를 설명하기 위한 개념도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명하되, 이미 주지된 기술적 부분에 대해서는 설명의 간결함을 위해 생략하거나 압축하기로 한다.
1. 에너지 저장 시스템이 적용된 컨테이너의 구성요소에 관한 설명
도1 내지 도2을 참조하여 설명하면, 본 발명의 에너지 저장 시스템(ESS, Energy Storage System)이 적용된 컨테이너(100)는 컨테이너 본체(110); 다수의 배터리 랙(120); 전력 케이블(130); 액세스 플로어(140); 냉각장치(150); 제1송풍팬(160); 및 제2송풍팬(170);을 포함한다.
컨테이너 본체(110)는 본 발명의 에너지 저장 시스템(ESS, Energy Storage System)이 적용된 컨테이너(100)의 전체적인 몸체를 이루는 하우징으로서, 내부에 소정의 설치공간(110T)이 마련되어 내부에 다수의 배터리 랙(120); 전력 케이블(130); 액세스 플로어(140); 냉각장치(150); 제1송풍팬(160); 및 제2송풍팬(170);이 설치됨은 물론이고, 더 나아가 배터리 제어장치(180); 전력변환장치(185); 및 전력관리장치(190); 등도 설치된다.
배터리 랙(Battery Rack, 120)은 컨테이너 본체(110) 내부 설치공간(110T)에 설치되며, 도1에 도시된 바와 같이 내부 수용공간(120T)에 전력의 충전 또는 방전이 가능한 다수의 배터리 모듈(121)이 수용되는 랙(Rack)에 해당한다.
이와 같은 배터리 랙(120)은 다수 개로 마련되어 컨테이너 본체(110) 내부 설치공간(110T)에 설치됨이 바람직하다.
여기서, 배터리 랙(120)은 내부 수용공간(120T)에 다수의 배터리 모듈(121)을 도1 및 도4에 도시된 바와 같이 지면에 대해 수직하게 상부에서 하부에 걸쳐 적층되는 형식으로 수용하고 있다.
또한, 배터리 랙(120) 내 수용공간(120T)에 상하로 적층되는 다수의 배터리 모듈(121)은 다수의 배터리 셀로 이루어진 전지로서, 전력을 제공받아 충전을 수행하거나, 방전을 수행하여 전력을 공급할 수 있다.
그리고 배터리 랙(120)은 내부 수용공간(120T)에 적층되는 형태로 수용된 다수의 배터리 모듈(121)로부터 발생하는 발열을 관리하기 위해 냉기 유입구멍(122)과 냉기 배출구멍(124)을 구비한다.
여기서, 냉기 유입구멍(122)은 배터리 랙(120)의 상단에 적어도 하나 이상 마련되어 소정의 개방공간을 제공함으로써, 아래 설명될 냉각장치(150)로부터 생성되어 컨테이너 본체(110) 내부 설치공간(110T)에 공급되는 냉기가 배터리 랙(120) 내부 수용공간(120T)에 유입될 수 있도록 한다.
이와 같은 냉기 유입구멍(122)은 냉각장치(150)와 별도의 직접적인 냉기 공급로를 형성하여 연결됨으로써, 냉각장치(150)로부터 생성된 냉기가 바로 배터리 랙(120) 내부 수용공간(120T)에 유입될 수 있도록 실시 될 수도 있고, 별도의 연결 없이 컨테이너 본체(110) 내부 설치공간(110T)에 노출되어 냉각장치(150)로부터 생성되어 컨테이너 본체(110) 내부 설치공간(110T)에 공급되는 냉기가 온도에 따른 자연적 대류 현상에 의해 유입될 수 있도록 실시될 수도 있다.
아울러, 냉기 배출구멍(124)은 배터리 랙(120)의 측면에 적어도 하나 이상 마련되어 소정의 개방공간을 제공함으로써, 배터리 랙(120) 내부 수용공간(120T)에서 다수의 배터리 모듈(121)에 의해 발생하는 열기가 컨테이너 본체(110) 내부 설치공간(110T)으로 배출되도록 함과 동시에, 아래 설명될 제1송풍팬(160)을 통해 다수의 배터리 모듈(121)을 거치게 된 냉기가 컨테이너 본체(110) 내부 설치공간(110T)으로 배출되도록 한다.
따라서 냉기 배출구멍(124)은 배터리 랙(120)의 측면 중 제1송풍팬(160)이 마련된 위치와 마주하는 반대쪽 타측에 구비됨이 바람직하다.
그리고 배터리 랙(120)은 내부 수용공간(120T)에 적층되는 형태로 수용된 다수의 배터리 모듈(121)로부터 발생하는 발열을 골고루 균일하게 관리하고, 아래 설명될 제2송풍팬(170)과 연계되어 액세스 플로어(140) 아래를 지나는 전력 케이블(130)로부터 발생하는 발열 역시 관리하기 위해 도1 및 도4에 도시된 바와 같이 냉기 전달구멍(123)을 구비한다.
여기서, 냉기 전달구멍(123)은 배터리 랙(120)의 하단에 적어도 하나 이상 마련되어 소정의 개방공간을 제공함으로써, 배터리 랙(120)의 하단으로 유인 이동된 냉기가 제2송풍팬(170)에 의해 액세스 플로어(140) 하측으로 유인 이동될 수 있도록 한다.
전력 케이블(130)은 도2에 도시된 바와 같이 다수의 배터리 모듈(121)과 외부 전력계통(Grid, G1)을 전기적으로 연결함은 물론이고, 다수의 배터리 모듈(121)과 외부 부하(G2)를 전기적으로 연결하여 전기적 연계망을 형성한다.
이를 통해, 발전소, 변전소, 송전선, 별도의 발전모듈 등과 같은 외부 전력계통(G1)으로부터 공급되는 전력은 전력 케이블(130)을 통해 다수의 배터리 랙(120) 내 다수의 배터리 모듈(121)에 전달되어 다수의 배터리 모듈(121)의 전력 충전이 이루어진다.
아울러, 다수의 배터리 랙(120) 내 다수의 배터리 모듈(121)에 저장된 전력은 다수의 배터리 모듈(121)의 방전 시 전력 케이블(130)을 통해 전력을 필요로 하는 가정 혹은 공장과 같은 수요 측 외부 부하(G2)에 공급된다.
액세스 플로어(Access Floor, 140)는 이중 바닥재로, 컨테이너 본체(110) 내부 설치공간(110T)의 하부 바닥에 상측으로 이격된 이중 바닥을 형성하도록 설치되어, 상측에는 도1 및 도4에 도시된 바와 같이 다수의 배터리 랙(120)이 놓여 배치되고, 하측 개방공간 내에는 전력 케이블(130) 놓여 이중 바닥 아래로 지나갈 수 있도록 한다.
이와 같이 액세스 플로어(140)가 설치됨에 따라 전력 케이블(130)의 정리 및 노출 문제가 해소되는 반면, 다수의 배터리 랙(120)과 전력 케이블(130)이 분리된 별도의 공간에 위치하게 된다.
이에 따라, 액세스 플로어(140)를 기준으로 상측과 하측의 열 관리가 일괄적으로 연계되어 이루어질 수 있도록 하기 위한 기술이 요구되고, 이를 위해 액세스 플로어(140)의 일측에는 아래 설멸될 제2송풍팬(170)이 마련된다.
냉각장치(150)는 컨테이너 본체(110) 내부 설치공간(110T)의 전체적 온도조절 및 배터리 랙(120) 내부 수용공간(120T)에서 다수의 배터리 모듈(121)에서 전력의 충전 혹은 방전 시 발생하는 열기와 액세스 플로어(140) 하측을 지나는 전력 케이블(130)에서 전력의 충전 혹은 방전을 위한 이동 시 발생하는 열기의 관리를 위해 필요한 냉기를 형성하는 에어컨(Air conditioner)과 같은 장치이다.
여기서, 냉각장치(150)는 천장형 에어컨 혹은 스탠드형 에어컨 등 냉기를 형성할 수 있는 다양한 형태로 실시 가능하며, 생성된 냉기를 직접적으로 컨테이너 본체(110) 내부 설치공간(110T)에 공급할 수도 있으나, 에어 덕트(Air Duct)와 같은 별도의 냉기 공급로(151)를 형성하여 다수의 배터리 랙(120)과 연결되도록 하여 배터리 랙(120) 내부 수용공간(120T)에 생성된 냉기를 유입시킬 수도 있다.
또한, 냉각장치(150)는 외부 공기를 유입받아 냉기를 형성하거나, 생성된 후 발열 관리 이용이 완료되어 온도가 올라간 냉기 혹 은 내부 열기를 외부로 배출하여 공기 흐름을 제어하기 위한 별도의 댐퍼(152)를 컨테이너 본체(110) 상부에 마련할 수도 있다.
더 나아가, 냉각장치(150)는 댐퍼(152)와 함께 별도의 공조 시스템을 구축하여 내부 및 외부공기의 순환이 도욱 효과적으로 이루어지도록 실시될 수도 있다.
따라서 천장형 에어컨 혹은 스탠드형 에어컨 등에 해당하는 냉각장치(150)는 냉기를 생성하여 컨테이너 본체(110) 내부 설치공간(110T)에 공급함으로써, 냉기의 온도에 따른 대류현상에 기인하여 다수의 배터리 랙(120) 내부 수용공간(120T)에 냉기가 유입되도록 할 수도 있고, 실시에 따라 직접적으로 냉각장치(150)와 다수의 배터리 랙(120)을 에어 덕트(Air Duct)와 같은 별도의 냉기 공급로(151)를 통해 연결하여 생성된 냉기가 바로 다수의 배터리 랙(120) 내부 수용공간(120T)에 유입되도록 할 수도 있다.
제1송풍팬(160)은 배터리 랙(120)의 일측에 마련되어 냉각장치(150)를 통해 컨테이너 본체(110) 내부 설치공간(110T)에 공급(다수의 배터리 랙(120) 역시 컨테이너 본체(110) 내부 설치공간(110T)에 위치함)되어 다수의 배터리 랙(120) 내부 수용공간(120T)에 유입되는 냉기가 다수의 배터리 모듈(121)에 제공되도록 하는 송풍장치로서, 적어도 하나 이상으로 마련된다.
여기서, 제1송풍팬(160)은 다수의 배터리 랙(120) 내부 수용공간(120T)에 지면에 수직하게 상하방향으로 적층 수용된 배터리 모듈(121)의 배치 형태와 대응되어 배터리 랙(120) 측면에 지면에 수직하게 상하방향으로 설치되거나, 배터리 모듈(121) 각각의 일측에 연결되는 형태로 설치 가능하다.
이와 같이, 다수의 배터리 랙(120) 내부 수용공간(120T)에 지면에 수직하게 상하방향으로 설치되는 적어도 하나 이상의 제1송풍팬(160)은 배터리 랙(120) 내부 수용공간(120T)에 유입되는 냉기의 온도 조건 및 아래 설명될 제2송풍팬(170)에 의해 상부에서 하부로 이동하는 냉기의 일부를 지면에 평행하게(상하 이동방향에 수직한 방향) 이동되도록 유인하여 지면에 수직하게 상하방향으로 적층 수용된 배터리 모듈(121) 전체에 냉기를 제공하여 발열이 관리되도록 한다.
다시 말해, 다수의 배터리 랙(120) 내부 수용공간(120T)에 유입되어 상부로부터 하부로 이동하던 냉기의 일부는 제1송풍팬(160)에 의해 이동방향에 수직하고 지면에 평행한 방향으로 유인되어 배터리 모듈(121) 측으로 이동하게 되고, 배터리 모듈(121)을 지나는 과정에서 배터리 모듈(121)이 충전 혹은 방전을 수행하는 과정에서 발생하고 있는 열기를 낮추게 된다.
이와 같이, 제1송풍팬(160)에 의해 이동방향이 배터리 모듈(121) 측 유인된 일부 냉기는 배터리 모듈(121)을 거쳐 온도를 낮춘 뒤, 다수의 배터리 랙(120) 측면(제1송풍팬(160)과 마주하는 반대쪽 타측)에 구비된 냉기 배출구멍(124)을 통해 컨테이너 본체(110) 내부 설치공간(110T)으로 배출되게 된다.
제2송풍팬(170)은 액세스 플로어(140)의 일측에 배터리 랙(120)의 하단에 적어도 하나 이상 마련된 냉기 전달구멍(123)과 연통되도록 적어도 하나 이상으로 마련되어, 배터리 랙(120)에 유입된 냉기가 배터리 랙(120) 상부에서 하부로 이동된 후, 액세스 플로어(140) 하측을 지나는 전력 케이블(130)에도 제공되도록 하는 송풍장치이다.
제2송풍팬(170)은 다수의 배터리 랙(120) 내부 수용공간(120T)에 유입되어 낮은 온도조건에 의해 상부로부터 하부로 이동하던 냉기의 이동성을 가속화시켜 더욱 효과적이고 많은 냉기가 배터리 랙(120) 내부 수용공간(120T) 내 하부까지 이동될 수 있도록 한다.
일반적으로, 다수의 배터리 랙(120) 내부 수용공간(120T)에 유입되어 낮은 온도조건에 의해 상부로부터 하부로 이동하던 냉기는 제1송풍팬(160)에 의해 일부가 배터리 모듈(121) 측 유인되어 지면에 수직한 상하방향을 기준으로 다수의 배터리 랙(120) 내부 수용공간(120T) 하부에 위치한 배터리 모듈(121)은 도3에 도시된 바와 같이 충분한 냉기를 제공받지 못하는 문제가 있었다.
다시 말해, 다수의 배터리 랙(120) 내부 수용공간(120T)에 유입되어 낮은 온도조건에 의해 냉기가 배터리 랙(120) 내부 수용공간(120T) 상부에서 하부로 이동하는 과정에서 하부측으로 갈수록 이동된 냉기의 양이 부족해지는 현상이 발생하였는데, 제2송풍팬(170)은 상부로부터 하부로 이동하는 냉기의 이동속도 및 양을 늘려 냉기가 배터리 랙(120) 내부 수용공간(120T) 상부에서부터 하부에 이르기까지 골고루 최대한 균일하게 제공될 수 있도록 한다.
아울러, 제2송풍팬(170)을 통해 다수의 배터리 랙(120) 내부 수용공간(120T)에 유입되는 냉기 중 하부에까지 이동되는 냉기의 양이 충분해지고, 이와 같이 하부로 이동된 충분한 냉기는 냉기 전달구멍(123)을 거쳐 제2송풍팬(170)에 의해 액세스 플로어(140)의 하측으로도 유인 이동되게 된다.
이와 같이 배터리 랙(120) 내부 수용공간(120T) 하부로 이동된 후, 냉기 전달구멍(123)을 거쳐 제2송풍팬(170)에 의해 액세스 플로어(140)의 하측으로도 유인 이동된 냉기는 액세스 플로어(140)의 하측에 놓여진 전력 케이블(130)에서 발생하는 발열 수준을 낮추는데 이용된다.
따라서 제2송풍팬(170)은 액세스 플로어(140) 하측을 지나는 전력 케이블(130)에도 냉기를 공급하여 배터리 모듈(121)의 충전 혹은 방전 시 전력의 이동을 통해 전력 케이블(130)에서 발생하는 열기를 효과적으로 낮춤으로써, 전력 케이블(130)의 발열로 인한 각종 문제들을 해결할 수 있다.
결과적으로, 제2송풍팬(170)이 액세스 플로어(140)의 일측에 배터리 랙(120)의 하단에 적어도 하나 이상 마련된 냉기 전달구멍(123)과 연통되도록 형성됨에 따라, 배터리 랙(120) 내부 수용공간(120T)에 적층 수용된 다수의 배터리 모듈(121)은 상하방향 위치에 상관없이 균일하게 냉기의 제공을 받을 수 있고, 액세스 플로어(140) 하측의 분리된 공간을 지나는 전력 케이블(130) 역시 동시에 냉기의 제공을 받을 수 있게 된다.
또한, 실시에 따라 제2송풍팬(170)은 배터리 랙(120)의 하단에 직접적으로 마련될 수 있고, 제2송풍팬(170)이 마련된 배터리 랙(120)의 하단과 대응되는 액세스 플로어(140)의 일측에 냉기 전달구멍(123)이 구비되어 연통된 구조를 형성할 수도 있다.
다시 말해, 배터리 랙(120)의 하단과 액세스 플로어(140)의 하측공간을 연결시키고 상측으로부터 하측을 향한 송풍 기능이 제공 가능한 구조적 범위 내에서 제2송풍팬(170) 및 냉기 전달구멍(123)의 실시 형태는 다양하게 구현 가능하다.
앞 서 설명한 구성 외에도 본 발명의 본 발명의 에너지 저장 시스템(ESS, Energy Storage System)이 적용된 컨테이너(100)는 에너지 저장 시스템의 구축을 위해 요구되는 다양한 시스템 혹은 장치의 구성을 포함할 수 있다.
도2에 도시된 바와 같이 배터리 제어장치(180); 전력변환장치(185); 및 전력관리장치(190); 등이 이에 해당한다.
구체적으로, 배터리 제어장치(180)는 BMS(Battery Management System)와 같이 다수의 배터리 모듈(121)이 포함하는 배터리 셀들의 용량을 감지하고 수명을 예측하는 등의 모니터링 기능과 배터리 모듈(121)의 충전 및 방전과 관련된 제어를 수행함은 물론이고, 실시에 따라서는 다수의 배터리 모듈(121)에 의해 발생하는 발열 정도를 감지하고 이에 관한 정보를 생성하여 별도의 관리장치에 제공할 수 있다.
여기서, 배터리 제어장치(180)는 BMS 혹은 BMS가 적용된 제어장치 혹은 별도의 제어모듈로 마련됨이 바람직하다.
다음으로, 전력변환장치(185)는 PCS(Power Control System)와 같이 다수의 배터리 모듈(121)과 외부 전력계통(Grid, G1)을 전기적으로 연결함은 물론이고, 다수의 배터리 모듈(121)과 외부 부하(G2)를 전기적으로 연결하는 전력 케이블(130) 일측에 설치되어 이동하는 전력을 충전 혹은 방전에 적합한 전기적 특성으로 변환시킨다.
예를 들어, 전력변환장치(185)는 외부 전력계통(G1)으로부터 AC전원 형태로 제공되는 전력을 DC전원 형태로 변환 후, 다수의 배터리 모듈(121)에 제공하여 충전이 이루어지도록 한다.
또 다른 예로, 전력변환장치(185)는 다수의 배터리 모듈(121)의 방전을 통해 공급된 DC전원 형태의 전력을 AC전원 형태로 변환 후 외부 부하(G2)에 제공하여 이용할 수 있도록 한다.
여기서, 전력변환장치(185)는 PCS 혹은 PCS가 적용된 변환장치 혹은 별도의 변환모듈로 마련됨이 바람직하다.
다음으로, 전력관리장치(190)는 PMS(Power Management System)와 같이 본 발명의 컨테이너(100)에 적용된 에너지 저장 시스템(ESS, Energy Storage System) 전체를 모니터링하고 제어하기 위한 관리 구성으로, 앞 서 설명한 배터리 제어장치(180) 및 전력변환장치(185)와 직접적으로 통신하여 각종 정보를 제공받고, 이를 기반으로 다수의 배터리 모듈(121)의 충전 및 방전 상태 및 전력량을 제어하고, 더 나아가 제1송풍팬(160) 및 제2송풍팬(170)의 동작 제어를 통한 열 관리와 제어를 수행할 수 있다.
여기서, 전력관리장치(190)는 PMS 혹은 PMS가 적용된 관리장치 혹은 별도의 관리모듈로 마련됨이 바람직하다.
2. 에너지 저장 시스템이 적용된 컨테이너의 열 관리 및 냉기 제공형태에 관한 설명
도3 내지 도4를 참조하여 본 발명의 에너지 저장 시스템(ESS, Energy Storage System)이 적용된 컨테이너(100)의 열 관리 및 냉기 제공형태를 제2송풍팬(170)의 설치 유무에 따라 비교하면 아래와 같다.
우선, 도3에 도시된 바와 같이 배터리 랙(120)의 하단에 냉기 전달구멍(123)이 구비되지 않고, 액세스 플로어(140)의 일측에 제2송풍팬(170)이 마련되지 않아 액세스 플로어(140)로 인한 상측 배터리 랙(120)의 배치 공간과 하측 전력 케이블(130)의 배치 공간이 분리 이격될 경우, 다수의 배터리 모듈(121) 및 전력 케이블(130)의 고온 발열을 효과적인 냉기 제공을 통해 관리함에 어려움이 발생한다.
구체적으로, 다수의 배터리 랙(120) 내부 수용공간(120T)에 유입되어 온도조건에 의해 상부로부터 하부로 이동하던 냉기의 일부는 제1송풍팬(160)에 의해 배터리 모듈(121) 측으로 유인되게 되는데, 이로 인해 상부에 위치한 배터리 모듈(121)은 충분한 냉기를 제공 받을 수 있지만 하부에 위치한 배터리 모듈(121)은 도3에 도시된 바와 같이 충분한 냉기를 제공 받을 수 없다.
다시 말해, 다수의 배터리 랙(120) 내부 수용공간(120T)에 유입되어 온도조건에 의해 상부로부터 하부로 이동하던 냉기는 하부로 이동하면 할수록 제1송풍팬(160)에 의한 냉기 손실을 겪게 되고, 결과적으로 다수의 배터리 랙(120) 내부 수용공간(120T) 하부에 까지 이동하게 되는 냉기의 양은 매우 적어 배터리 모듈(121)의 위치에 따라 불균일한 냉기 제공 및 열 관리의 편차 현상이 발생되게 된다.
또한, 다수의 배터리 랙(120) 내부 수용공간(120T)에 유입된 냉기는 온전히 온도조건에 의존하여 상부로부터 하부로 이동하게 됨에 따라 충분한 이동성을 제공받지 못하고, 상부 측에 냉기가 더욱 집중되게 되는 현상이 발생한다.
그리고 액세스 플로어(140)의 하측에 놓여 냉기가 제공되는 컨테이너 본체(110) 내부 설치공간(110T)의 상측 공간과 완전히 분리된 전력 케이블(130)은 배터리 모듈(121)의 충전 혹은 방전 시 전력의 이동을 통해 발생하는 고온 발열의 문제를 가지게 된다.
반면, 도4에 도시된 바와 같이 본 발명의 에너지 저장 시스템(ESS, Energy Storage System)이 적용된 컨테이너(100)는 배터리 랙(120)의 하단에 냉기 전달구멍(123)이 구비되고, 액세스 플로어(140)의 일측에 제2송풍팬(170)이 마련되어 앞 서 설명한 문제점을 해소하고 있다.
구체적으로, 냉각장치(150)를 통해 생성되어 컨테이너 본체(110)의 설치공간(110T) 내에 공급된 후, 냉기 유입구멍(122)을 통해 배터리 랙(120)의 수용공간(120T) 내에 유입된 냉기는 온도조건과 더불어 제2송풍팬(170)의 송풍작용에 의해 충분한 이동성을 갖추어 다수의 배터리 랙(120) 내부 수용공간(120T) 상부에서 하부로 유인되어 이동하게 된다.
이를 통해, 다수의 배터리 랙(120) 내부 수용공간(120T) 상부에서 하부에 이르기까지 도4에 도시된 바와 같이 모두 균일하게 냉기가 제공되게 되고, 제1송풍팬(160)과 연계되어 배터리 모듈(121)의 적층 수용 높낮이와 무관하게 전력의 충전 혹은 방전 시 발생하는 고온 발열의 수준을 편차없이 낮출 수 있다.
따라서 다수의 배터리 랙(120) 내부 수용공간(120T)의 모든 배터리 모듈(121)의 고온 발열로 인한 내구성 및 수명 감쇠 현상을 방지하고, 전력 충전 및 방전 성능 효율을 우수하게 유지할 수 있다.
그리고 배터리 랙(120)의 수용공간(120T) 내에 유입되어 온도조건과 더불어 제2송풍팬(170)의 송풍작용에 의해 충분하게 다수의 배터리 랙(120) 내부 수용공간(120T) 하부로 이동된 냉기는 다수의 배터리 랙(120) 하단에 개방공간을 제공하는 냉기 전달구멍(123) 및 송풍작용을 제공하는 제2송풍팬(170)을 통해 액세스 플로어(140)의 하측이 유인 이동되어 전력 케이블(130)에도 제공된다.
이를 통해, 도4에 도시된 바와 같이 액세스 플로어(140)의 하측에도 냉기가 제공되게 되고, 배터리 모듈(121)의 전력 충전 혹은 방전 시 전력의 이동으로 인해 전력 케이블(130)에 발생하는 고온 발열의 수준은 효과적으로 낮춰진다.
따라서 액세스 플로어(140)의 하측을 지나는 전력 케이블(130)의 고온 발열로 인한 내구성 및 수명 감쇠 현상을 방지하고, 전력 충전 및 방전 시 전력의 이동 성능 효율을 우수하게 유지할 수 있다.
본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의해서 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 보호범위는 아래 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 에너지 저장 시스템이 적용된 컨테이너
110 : 컨테이너 본체
110T : 설치공간
120 : 배터리 랙
120T : 수용공간
121 : 배터리 모듈
122 : 냉기 유입구멍
123 : 냉기 전달구멍
124 : 냉기 배출구멍
130 : 전력 케이블
140 : 액세스 플로어
150 : 냉각장치
151 : 냉기 공급로 152 : 댐퍼
160 : 제1송풍팬
170 : 제2송풍팬
180 : 배터리 제어장치
185 : 전력변환장치
190 : 전력관리장치
G1 : 외부 전력계통
G2 : 외부 부하

Claims (4)

  1. 외부 전력계통(Grid)으로부터 전력을 제공받아 저장해 두었다가 필요 시점에 외부 부하에 저장된 전력을 제공하는 에너지 저장 시스템(ESS, Energy Storage System)이 적용된 컨테이너에 있어서,
    내부에 소정의 설치공간이 마련되는 컨테이너 본체;
    상기 설치공간 내 설치되며, 내부 수용공간에 전력의 충전 또는 방전이 가능한 다수의 배터리 모듈이 수용되는 다수의 배터리 랙(Battery Rack);
    상기 다수의 배터리 모듈과 외부 전력계통(Grid)을 전기적으로 연결하여 상기 외부 전력계통으로부터 전력이 상기 다수의 배터리 모듈에 충전되도록 하고, 상기 다수의 배터리 모듈과 외부 부하를 전기적으로 연결하여 상기 배터리 모듈로부터 방전된 전력이 상기 외부 부하에 공급되도록 하는 전력 케이블;
    상기 컨테이너 본체 내부 상기 설치공간의 하부 바닥에 상측으로 이격된 이중 바닥을 형성하도록 설치되어, 상측에는 상기 다수의 배터리 랙이 배치되고, 하측에는 상기 전력 케이블이 지나가도록 공간을 분리시키는 액세스 플로어(Access Floor);
    상기 설치공간 내 온도를 낮추기 위한 냉기를 생성하여 상기 설치공간 내에 공급하는 냉각장치;
    상기 배터리 랙의 일측에 마련되어 상기 냉각장치를 통해 상기 설치공간에 공급되어 상기 배터리 랙에 유입되는 냉기가 상기 배터리 랙의 수용공간 내 다수의 배터리 모듈에 제공되도록 하는 적어도 하나 이상의 제1송풍팬; 및
    상기 액세스 플로어의 일측에 상기 배터리 랙의 하단의 일측과 연통되도록 마련되어 상기 배터리 랙에 유입된 냉기가 상기 배터리 랙 상부에서 하부로 이동된 후, 상기 액세스 플로어 하측을 지나는 전력 케이블에도 제공되도록 하는 적어도 하나 이상의 제2송풍팬;을 포함하며,
    상기 배터리 랙은 상단에 소정의 개방공간을 제공하는 적어도 하나 이상의 냉기 유입구멍을 구비하며,
    상기 제2송풍팬은 상기 냉각장치를 통해 생성되어 상기 컨테이너 본체의 설치공간 내에 공급된 후, 상기 냉기 유입구멍을 통해 상기 배터리 랙의 수용공간 내에 유입된 냉기가 상기 배터리 랙의 수용공간 내 상부에서 하부로 유인되어 이동하도록 하며,
    상기 제1송풍팬은 상기 제2송풍팬에 의해 상기 배터리 랙의 수용공간 내 상부에서 하부로 유인 이동하는 냉기의 일부가 상기 배터리 랙의 수용공간 내 지면에 수직하게 적층 수용된 다수의 배터리 모듈에 제공되도록 하며,
    상기 배터리 랙은 하단에 소정의 개방공간을 제공하는 적어도 하나 이상의 냉기 전달구멍을 구비하며,
    상기 제2송풍팬은 지면을 기준으로 수직하게 대응되는 위치에 형성되어 상기 배터리 랙의 수용공간 내에 유입되어 상기 제2송풍팬에 의해 상기 배터리 랙 하부로 유인 이동된 냉기가 상기 냉기 전달구멍을 거쳐 상기 액세스 플로어 하측을 지나는 전력 케이블에도 제공되도록 하며,
    상기 배터리 랙은 상기 제1송풍팬이 마련된 위치와 마주하는 반대쪽 타측에 소정의 개방공간을 제공하는 적어도 하나 이상의 냉기 배출구멍을 구비하며,
    상기 제1송풍팬은 상기 배터리 랙의 수용공간 내 지면에 수직하게 적층 수용된 다수의 배터리 모듈에 제공하는 냉기가 상기 다수의 배터리 모듈을 거쳐 상기 냉기 배출구멍을 통해 상기 배터리 랙의 외측 상기 설치공간 내로 배출되도록 하는 것을 특징으로 하는
    에너지 저장 시스템이 적용된 컨테이너.

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