KR102355360B1 - 향상된 열 배터리 - Google Patents

Abstract

수평 및 수직면용 열 배터리 디자인과 별도의 체적 보상기를 사용하는 열 배터리가 본 명세서에 설명된다. 특히, 사용 동안 배터리 셀 내의 과압 문제를 극복하는 향상된 열 배터리 디자인이 설명된다.

Description

향상된 열 배터리

본 발명은 수평 및 수직 배향 열 배터리(heat battery) 모두에 대한 과압 문제를 극복할 수 있는 열 배터리 설계에 관한 것이다. 열 배터리는 열 배터리 내부의 압력을 제어할 수 있는 확장 가능한 장치 또는 대안적으로 별도의 체적 보상기를 포함할 수 있다.

이 기술 분야에서 열 배터리, 특히 상 변화 물질(phase change material: PCM) 열 배터리 내부의 압력을 제어할 수 있는 향상된 열 배터리 배열을 제공하는 것이 요구된다.

종래 기술에서 열 배터리가 고갈될 때, 배터리 내부의 열 전달은 상 변화 물질(즉, PCM)의 레벨을 변화시킬 수 있다. PCM 레벨은 배터리 셀 내의 공기 저장소를 상승시켜 압축하는 것으로 발견될 수 있다. 이로 인해 배터리 셀에 과압과 손상이 발생할 수 있다. 이는 배터리의 효율과 수명에 모두 해로운 영향을 미칠 수 있다. 과압은 배터리 케이싱에 고압이 가해져서 때때로 케이스를 파열시켜 배터리의 독성 물질이 누출될 수 있는 안전 문제와 유해성을 제공한다. 따라서 본 발명이 다루는 과압 배터리에 대한 안전 문제가 존재한다.

열 배터리가 수평면에 설치되는 경우 이러한 배열은 매우 비효율적이고 상당한 성능 저하가 발생하는 것으로 밝혀졌다.

본 발명의 적어도 하나의 양태의 목적은 전술한 문제 중 적어도 하나 이상을 제거하거나 완화하는 것이다.

따라서, 본 발명의 적어도 하나의 양태의 목적은 증가된 성능 레벨을 갖고 수평면과 수직면에서 모두 동작하고 과압 효과를 극복할 수 있는 향상된 열 배터리를 제공하는 것이다.

따라서 본 발명은 열 배터리의 과압, 열 배터리의 성능 저하, 및 제어 센서 및 가열 요소와 같은 열 배터리의 구성 요소가 셀의 활성 부분 외부에 있어서 열 배터리의 기능을 손상시키는 것과 같은, PCM 물질을 포함하는 열 배터리의 문제를 해결한다.

본 발명의 제1 양태에 따르면, 열 배터리가 제공되고, 상기 열 배터리는,

배터리 셀 케이스;

상기 배터리 셀 케이스 내부에 위치된 상 변화 물질(예를 들어, PCM)을 포함하고,

상기 배터리 셀 케이스 내부에는 상기 배터리 셀 케이스 내부의 확장 및/또는 체적 변화를 관리하기 위해 확장 및 수축할 수 있는 확장 가능한 장치가 위치된다.

따라서, 본 발명은 상기 배터리 셀 케이스 내부의 확장 및/또는 체적 변화를 관리하는 데 사용되는 확장 가능한 장치를 사용하는 것에 관한 것이다.

상기 확장 가능한 장치는 팽창 및/또는 수축될 수 있는 팽창 가능한 부재일 수 있다.

본 발명은 열 배터리의 과압, 성능 저하, 및 제어 센서와 가열 요소와 같은 열 배터리의 구성 요소가 셀의 활성 부분 밖에 있어서 열 배터리의 기능을 손상시키는 것과 같은 다양한 문제를 해결한다.

확장 가능한 장치(예를 들어, 가압된 가스 풍선(balloon) 또는 공기 풍선)는 열 배터리의 열 사이클링 동안 PCM의 체적 및 열 배터리 셀의 압력의 확장 변화를 관리하는 데 사용될 수 있다.

특정 실시예에서, 열 배터리는 수직 배향 또는 실질적으로 수직 배향(즉, 수직면)으로 위치될 수 있다.

확장 및/또는 체적 변화는 PCM의 체적의 확장 및/또는 수축과 같은 다양한 파라미터로 인해 발생할 수 있다. 또한 배터리 셀 케이스 내에는 가스(예를 들어, 공기)가 갇혀 있을 수 있고, 가스는 PCM과 같은 배터리 셀 케이스 내의 다른 구성 요소로부터 가해지는 압력 및/또는 온도에 따라 확장 및/또는 수축한다. 이러한 확장 및/또는 체적 변화는 종래 기술의 배터리가 과도하게 가압되게 한다.

본 발명의 열 배터리의 동작 동안 열 사이클링이 있고, 확장 가능한 장치는 배터리 셀 케이스 내부의 압력을 제어하고, 이 압력을, 예를 들어, 미리 결정된 최적의 압력에 유지하는 데 사용될 수 있다. 압력을 제어함으로써 과압과 관련된 임의의 형태의 유해성과 위험을 피할 수 있다. 이렇게 제어하면 PCM, 열 교환기 및 제어 센서와 같은 열 배터리의 구성 요소에 과도한 압력 및/또는 온도가 가해지는 것을 방지함으로써 열 배터리의 수명을 연장할 수 있다.

특정 실시예에서, 확장 가능한 장치는 배터리 셀 케이스 내부의 압력을 제어하도록, 과압 또는 과소압일 수 있는 가스 풍선(예를 들어, 공기 풍선)일 수 있다. 풍선의 압력은 제어될 수 있다.

확장 가능한 장치(예를 들어, 가압된 공기 풍선)를 사용하는 이러한 배열은 수직 또는 실질적으로 수직 위치뿐만 아니라 수평 또는 실질적으로 수평 위치에 위치된 열 배터리에 적합한 것으로 밝혀졌다.

열 배터리는 배터리 셀 케이스를 포함한다. 배터리 셀 케이스는, PCM을 보유할 수 있고 일반적으로 밀봉된 인클로저, 예를 들어, 공기 기밀 인클로저를 형성할 수 있는 임의의 형태의 용기일 수 있다.

PCM은 본 발명을 다양한 응용 및 열 저장 요건에 맞게 매우 적응될 수 있는 임의의 적합한 PCM일 수 있다.

배터리 셀 케이스는 일반적으로 배터리 셀 케이스의 측면에 위치될 수 있는 충전 포트 형태의 개구를 포함할 수 있다.

개구(예를 들어, 충전 포트)는 예를 들어 PCM을 배터리 셀 케이스에 주입하는 데 사용될 수 있다.

배터리 셀 케이스는 배터리 셀 케이스의 측면에, 예를 들어, 충전 포트 위에 선택적으로 위치될 수 있는 배터리 흐름 및 복귀 파이프를 더 포함할 수 있다.

배터리 흐름 및 복귀 파이프는 선택적으로 PCM의 상위 표면에, 실질적으로 상위 표면에 또는 상위 표면을 향해 위치될 수 있다.

배터리 셀 케이스는, 예를 들어, 열 배터리 셀의 상위 전면에 위치된 덮개 판을 선택적으로 더 포함할 수 있고, 이를 통해 확장 가능한 장치(즉, 풍선)가 수리를 위해 제거될 수 있다.

일반적으로 PCM 위 배터리 셀 케이스의 상위 영역에 위치된 하나의 확장 가능한 장치, 2개의 확장 가능한 장치 또는 복수의 확장 가능한 장치가 있을 수 있다는 것이 주목된다. 바람직하게는 단 하나의 확장 가능한 장치만이 있을 수 있다.

열 교환기는 PCM에 침지될 수도 있다. 일반적으로 열 교환기는 PCM에 완전히 침지된다. 임의의 적합한 형태의 열 교환기가 본 발명에 사용될 수 있다. PCM에는 하나의 또는 복수의 열 교환기가 침지될 수 있다.

확장 가능한 장치는 팽창 및/또는 수축될 수 있는 임의의 적합한 형태일 수 있으며, 예를 들어 특정 실시예에서 팽창 가능한 풍선일 수 있다.

확장 가능한 장치는 임의의 적합한 형상 및 형태일 수 있고, 예를 들어, 어느 정도의 확장성 및/또는 탄성을 갖는 임의의 적합한 플라스틱 물질로 제조될 수 있다. 풍선의 물질은 또한 PCM을 형성하는 물질에 대해 내성이 있어야 한다.

확장 가능한 장치(예를 들어, 풍선)는 가스 충전 밸브(예를 들어, 공기 충전 밸브)를 더 포함한다.

가스 충전 밸브는 배터리 셀 케이스 밖으로 연장되어 공기가 확장 가능한 장치에 들어가고/들어가거나 빠져 나갈 수 있게 한다.

가스 충전 밸브는 확장 가능한 장치(예를 들어, 풍선) 내에 보유된 가스(예를 들어, 공기)의 압력과 양을 늘리거나 줄이는 데 사용될 수 있다. 특정 실시예에서, 확장 가능한 장치는 선택적으로 관형 형상일 수 있는 팽창 가능한 풍선인 것이 바람직할 수 있다. 그러나 임의의 적합한 형상이 사용될 수 있다.

확장 가능한 장치 내의 압력은 약 0.1 bar 게이지 내지 약 6 bar 게이지(즉, 약 1.1 bar의 절대 값 내지 약 7 bar의 절대 값)의 범위일 수 있다.

확장 가능한 장치의 단면 직경은 배터리 셀 케이스 내에 갇힌/밀봉된 임의의 형태의 가스(예를 들어, 공기) 및 PCM과 같은 배터리 셀 케이스 내에 보유된 물질의 확장 및 수축에 맞게 적응되도록 확장 및/또는 수축될 수 있다.

예를 들어, 확장 가능한 장치의 단면 직경은 배터리 셀 케이스의 수직 높이의 적어도 약 50%, 약 40%, 약 30%, 약 20%, 약 10% 또는 약 5%를 덮도록 확장 및/또는 수축될 수 있다.

확장 가능한 장치(예를 들어, 풍선)의 특정 장점은 확장 가능한 장치 내 가스의 압력을 매우 약간 변경함으로써 확장 가능한 장치의 단면 직경에 약 5% 미만, 약 1% 미만 또는 약 0.5% 미만과 같은 매우 작은 변화를 만들 수 있다는 것이다.

따라서, 본 발명의 확장 가능한 장치는 열 배터리의 동작을 미세 조정하여 열 배터리가 최적의 성능 레벨에서 동작할 수 있고 또한 PCM의 임의의 형태의 열화 및 과압과 관련된 위험을 방지하는 데 사용될 수 있다.

PCM을 충전 및 방전하는 동안 PCM 및 임의의 갇힌/밀봉된 가스와 같은 배터리 셀 케이스 내에 보유된 물질이 확장 및/또는 수축된다. 확장 가능한 장치는 이러한 확장 및/또는 수축 중 임의의 것을 상쇄시킬 수 있다.

특정 실시예에서, PCM은 참조 번호 'A'와 'B'로 표현된 레벨들 사이에서 수직면으로 경계 제한 범위 내에서 확장 및/또는 수축될 수 있다.

따라서, 본 발명의 확장 가능한 장치(예를 들어, 풍선)는 배터리 셀 케이스 내에 보유된 물질(예를 들어, PCM) 및/또는 가스(예를 들어, 공기)의 확장 또는 수축에 따라 확장 및/또는 수축될 수 있다.

배터리 셀 케이스는 PCM의 레벨을 모니터링함으로써 PCM의 확장 및/또는 수축을 모니터링하는 데 사용될 수 있는 제어 센서를 포함할 수 있다. 제어 센서는 배터리 셀 케이스 내에 갇힌 임의의 공기의 온도 및/또는 압력을 모니터링할 수도 있다.

이 모니터링을 위해 임의의 적합한 형태의 센서를 사용할 수 있다.

제어 센서는 측정값을 제어 시스템으로 전송할 수 있고, 제어 시스템은 확장 가능한 장치(예를 들어, 풍선)의 가압 및/또는 감압을 활성화할 수 있다. 이러한 제어 시스템은 확장 가능한 장치(예를 들어, 풍선)를 통해 열 배터리가 최적의 효율 및 최대 효율로 지속적으로 동작할 수 있도록 한다. 따라서 가스(예를 들어, 공기)는 PCM의 모니터링된 높이 레벨 및 예를 들어 배터리 셀 케이스 내에 갇힌 임의의 가스(예를 들어, 공기)의 온도 및/또는 압력의 임의의 다른 측정값에 따라 가스 충전 밸브로 공급되고/되거나 가스 충전 밸브로부터 밖으로 유출될 수 있다.

확장 가능한 장치(예를 들어, 풍선)의 무결성과 기능이 유지되는 것을 보장하기 위해 선택적으로 다름 사항이 바람직하다:

a) 풍선의 물질은 PCM과 상용 가능하고, 예를 들어, 금속화된 플라스틱이고,

b) 배터리 내부의 배터리 충전 파이프 배열은 PCM이 고체 상태일 때 풍선 주위에 PCM이 영구적으로 존재하지 않도록 배열된다.

본 발명의 열 배터리는 또한 대안적인 실시예에서 수평 또는 실질적으로 수평면에 위치될 수 있다. 구성 요소는 위에서 제시된 것과 동일하지만 이제는 열 배터리는 사실상 측면에 있다. 이 실시예에서, PCM은 2개의 수평 레벨, 즉, 레벨 'A'와 레벨 'B' 사이에서 확장 및/또는 수축될 수 있다.

따라서 PCM은 수평 레벨 'A'와 'B' 사이에서 확장 및/또는 수축될 수 있다. 위와 유사하게, 임의의 형태의 과압을 피하기 위해 확장 가능한 장치(예를 들어, 풍선)는 확장 및/또는 수축될 수 있다. 다시 한번, 이것은 열 배터리가 최적의 효율 및 최대 효율로 동작할 수 있도록 한다. 추가적으로, 과압과 관련된 임의의 형태의 유해성이 방지된다.

확장 가능한 장치(예를 들어, 풍선) 내의 압력은 약 0.1 bar 게이지 내지 약 6 bar 게이지(즉, 약 1.1 bar의 절대 값 내지 약 7 bar의 절대 값) 범위일 수 있다.

확장 가능한 장치(예를 들어, 풍선)의 단면 직경은 PCM과 같은 배터리 셀 케이스 내에 보유된 물질의 확장 및 수축에 맞게 적응되도록 확장 및 수축될 수 있다. 확장 가능한 장치는 배터리 셀 케이스 내에 갇힌 임의의 가스(예를 들어, 공기)의 확장 및/또는 수축을 더 보상할 수 있다. 예를 들어, 풍선의 단면 직경은 배터리 셀 케이스의 수직 높이의 적어도 약 50%, 약 40%, 약 30%, 약 20%, 약 10% 또는 약 5%를 덮도록 확장 및 수축될 수 있다.

확장 가능한 장치(예를 들어, 풍선)의 특정 장점은 또한 확장 가능한 장치(예를 들어, 풍선) 내의 가스의 압력을 아주 약간 변경함으로써 확장 가능한 장치의 단면 직경에 약 5% 미만, 약 1% 미만 또는 약 0.5% 미만과 같은 매우 작은 변화를 또한 만들 수 있다는 것이다. 따라서 본 발명의 확장 가능한 장치(예를 들어, 풍선)는 열 배터리의 동작을 미세 조정하여 열 배터리가 최적의 성능 레벨에서 동작할 수 있고 또한 임의의 형태의 열화 및 과압과 관련된 위험을 방지하는 데 사용될 수 있다.

일반적으로 압축 공기 풍선은 PCM과 상용 가능한 물질로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 가압된 공기 풍선은 금속화된 플라스틱과 같은 플라스틱 물질로 만들어질 수 있다.

또한, 열 배터리는 고체 상태에서 풍선 주위에 PCM이 영구적으로 존재하는 것을 방지하기 위해 사용될 수 있는, 배터리 내부에 위치된 적어도 하나의 또는 복수의 배터리 충전 파이프를 포함할 수 있다.

사용 동안 PCM은 확장 및/또는 수축할 수 있고, 가압된 공기 풍선은 이러한 확장 및/또는 수축을 보상하는 데 사용될 수 있다.

본 발명의 제2 양태에 따르면, 배터리 셀 케이스 내의 확장 및/또는 체적 변화를 관리하는 방법이 제공되고, 상기 방법은,

배터리 셀 케이스를 제공하는 단계;

상기 배터리 셀 케이스 내에 위치된 상 변화 물질(즉, PCM)을 제공하는 단계; 및

상기 배터리 셀 케이스 내의 확장 및/또는 체적 변화를 관리하기 위해 확장 및 수축할 수 있는 확장 가능한 장치를 상기 배터리 셀 케이스 내에 위치되게 제공하는 단계를 포함한다.

배터리 셀 케이스 및 구성 요소는 제1 양태에서 정해진 바와 같을 수 있고, 상기 배터리 셀 케이스 내의 확장 및/또는 체적 변화를 관리하는 방법과 임의의 조합으로 사용될 수 있다.

본 발명의 제3 양태에 따르면, 열 배터리 및 체적 보상 챔버를 포함하는 열 배터리 시스템이 제공되고, 상기 열 배터리는,

배터리 셀 케이스; 및

상기 배터리 셀 케이스 내부에 위치된 상 변화 물질(예를 들어, PCM)을 포함하고,

상기 체적 보상 챔버는 상기 열 배터리에 연결되고, 상기 체적 보상 챔버는 상기 열 배터리의 배터리 셀 케이스 내에 위치된 PCM의 체적의 임의의 확장 및/또는 수축 변화를 관리할 수 있다.

체적 보상 챔버는 체적 보상기로서 기능하는 가스 챔버(예를 들어, 공기 챔버)일 수 있다. 체적 보상 챔버는 과소압 및/또는 과압, 즉 대기압인 가스를 배터리 셀 케이스 내부에 포함/제어할 수 있다.

체적 보상 챔버는 바람직하게는 열 배터리와는 별개의 유닛이다.

체적 보상기는 PCM의 체적의 임의의 확장 및/또는 수축 변화를 관리하는 기능을 한다. 체적 보상기는 배터리 셀 케이스 내에 갇힌/밀봉된 임의의 가스(예를 들어, 공기)의 임의의 확장 및/또는 수축 변화를 관리하는 기능을 할 수도 있다.

열 배터리는 특정 실시예에서 수직 또는 실질적으로 수직 배향일 수 있다.

배터리 셀 케이스 내부에는 열 교환기 또는 복수의 열 교환기가 있을 수도 있다. 열 교환기는 일반적으로 PCM에 침지될 수 있다.

배터리 셀 케이스의 측면에는 적어도 하나의 또는 복수의 배터리 흐름 및 복귀 파이프가 있을 수 있다. 배터리 흐름 및 복귀 파이프는 PCM의 상위 표면에 또는 상위 표면 바로 아래에 위치될 수 있다.

배터리 셀 케이스의 측면에는 배터리 셀 케이스의 내부와 PCM에 접근을 허용하는 접근 덮개가 있을 수도 있다.

접근 덮개는 배터리 셀 케이스 내에 위치된 밀봉된 수용부에 접근을 제공하여 이를 통해 필요에 따라 이를 제거하고 및/또는 재위치시킬 수 있다.

PCM 위에는 밀봉된 튜브 형태일 수 있는 밀봉된 수용부가 선택적으로 위치될 수 있다. 밀봉된 수용부는 임의의 적합한 형상 및 크기일 수 있다. 밀봉된 수용부는 PCM의 모든 또는 실질적으로 모든 상위 표면을 따라 그리고 상위 표면에 걸쳐 연장될 수 있다. 따라서 밀봉된 수용부는 PCM의 모든 또는 실질적으로 모든 상위 표면에 걸쳐 커버를 형성할 수 있다.

배터리 셀 케이스의 상위 표면에는 자가 밀봉 확장 포트와 같은 포트가 있을 수도 있다. 포트는 체적 보상 챔버를 형성하는 가스 챔버에 연결될 수 있다.

체적 보상 챔버는 공기가 확장 포트 및 배터리 셀 케이스 내로 공급되고 확장 포트 및 배터리 셀 케이스 밖으로 유출될 수 있는 별도의 가스 챔버(예를 들어, 공기 챔버)일 수 있다.

따라서 체적 보상 챔버는 체적 보상기로 기능할 수 있다. 체적 보상기 챔버는 선택적으로 열 배터리와 분리된다. 이를 통해 체적 보상기 챔버를 열 배터리의 원격에 위치시킬 수 있다. 이는 체적 보상기 챔버가 열 배터리 내부의 압력을 제어할 수 있게 하여 과압 문제 및 관련 유해성을 극복할 수 있는 것과 같은 많은 장점을 제공한다.

특정 실시예에서, 열 배터리의 동작 높이는 PCM의 가열 및/또는 방전 레벨에 따라 증가 및 감소될 수 있다. 예를 들어, 열 배터리의 동작 높이는 열 배터리의 동작 높이가 PCM의 확장된 체적에 충분하도록 PCM의 확장을 수용하도록 증가될 수 있다. PCM이 수축하고 PCM의 상위 레벨이 떨어지는 경우, PCM의 수축을 수용하기 위해 열 배터리의 동작 높이를 낮출 수 있다. 이를 통해 배터리 셀 케이스 내부의 압력을 지속적으로 제어하고, 미리 결정된 최적의 압력에 일정하게 유지할 수 있다. 이것은 예를 들어, 대기압일 수 있다. 이 향상된 열 배터리 제어 기능은 과압과 관련된 임의의 형태의 유해성과 위험을 회피한다.

배터리 셀 케이스는 접근 덮개를 제거함으로써 충전될 수 있고, 체적 보상 챔버는 확장 포트를 통해 열 배터리와 연결될 수 있다. 확장 포트는 바람직하게는 자가 밀봉되고, 가스 기밀, 즉 공기 기밀될 수 있다.

사용 시 열 배터리가 수직 또는 실질적으로 수직 배향일 때, 밀봉된 수용부는 일반적으로 제거된다. 따라서 PCM 위에 공기 갭이 있을 수 있다.

열 배터리를 수직 또는 실질적으로 수직 배향으로 사용하는 동안 PCM은 예를 들어 레벨 'A'로부터 최고 레벨 'B'로 확장할 수 있다. 이러한 확장 동안 PCM 위의 가스(예를 들어, 에어 갭의 공기)가 압축된다. 압축 가스는 확장 포트(예를 들어, 자가 밀봉 확장 포트)를 통해 체적 보상기 챔버로 빠져 나갈 수 있다. 따라서 PCM 위의 가스의 압력을 일정하게 그리고/또는 미리 결정된 최적의 압력에 유지할 수 있다. 이것은 예를 들어, 대기압일 수 있다. 따라서 PCM은 'B' 레벨까지 확장할 수 있으며, 열 배터리의 가스(즉, 에어 갭의 공기)는 체적 보상기 챔버로 압축될 수 있다.

PCM 위의 가스(예를 들어, 공기)의 압력이 떨어지면 가스가 체적 보상기 챔버로부터 확장 포트(예를 들어, 자가 밀봉 확장 포트)를 통해 열 배터리로 다시 빠져 나갈 수 있다. 자가 밀봉 확장 포트는 필요한 압력 균형을 달성하기 위한 단 하나의 옵션일 뿐, 압력을 제어하는 임의의 다른 형태의 포트 또는 장치를 사용할 수 있다는 것이 주목된다.

체적 보상 챔버와 갭 사이에 가스를 전달할 수 있는 임의의 적합한 기구 및/또는 장치가 사용될 수 있다.

체적 보상 챔버를 갖는 이러한 배터리 시스템을 사용하면 배터리 시스템을 수평 또는 실질적으로 수평 위치에서 사용할 수도 있다. 열 배터리를 수평 또는 실질적으로 수평 위치에서 사용하는 경우 접근 덮개를 제거할 수 있고 또한 체적 보상기를 제거하고 재위치시킬 수 있다. 밀봉된 수용부는 배터리 셀 케이스에 삽입될 수 있다. 체적 보상기 챔버는 열 배터리가 수평 또는 실질적으로 수평 위치에 위치될 때 열 배터리의 표면(예를 들어, 상위 표면 또는 측면)에 장착될 수 있다. 따라서 체적 보상기 챔버는 열 배터리가 수직 또는 실질적으로 수직 위치에서 사용될 때는 이 위치와는 다른 위치에 있다.

수평 또는 실질적으로 수평 위치에서, 배터리 셀 케이스는 PCM의 상위 표면과 배터리 셀 케이스의 상위 위치 표면 사이에 작은 갭이 있을 때까지 PCM으로 채워질 수 있다. 갭은 약 10cm 미만, 약 5cm 미만, 약 1cm 미만 또는 약 0.5cm 미만일 수 있다.

배터리 셀 케이스의 상위 표면의 내부 면은 선택적으로 PCM의 체적의 확장을 안내하는 데 도움이 되는, 예를 들어, 홈 및/또는 채널을 갖도록 윤곽이 형성될 수 있다.

사용 동안 PCM의 확장 시 갭으로부터 체적 보상 챔버로 공기가 빠져 나갈 수 있다. PCM이 수축하는 경우 공기가 체적 보상 챔버로부터 갭으로 다시 방출된다. 따라서 갭 내 압력을 지속적으로 제어하고 미리 결정된 최적의 압력에 일정하게 유지할 수 있다. 이것은 예를 들어, 대기압일 수 있다. 이 향상된 열 배터리 제어 기능은 과압과 관련된 임의의 형태의 유해성과 위험을 방지한다.

본 발명의 제4 양태에 따르면, 배터리 셀 케이싱 내에 위치된 PCM의 체적의 임의의 확장 및/또는 수축 변화를 관리하는 방법이 제공되고, 상기 방법은,

배터리 셀 케이스를 제공하는 단계; 및

상기 배터리 셀 케이스 내에 위치된 상 변화 물질(즉, PCM)을 제공하는 단계를 포함하고;

상기 체적 보상 챔버는 열 배터리에 연결되고, 상기 체적 보상 챔버는 상기 열 배터리의 배터리 셀 케이싱 내에 위치된 PCM의 체적의 임의의 확장 및/또는 수축 변화를 관리할 수 있다.

배터리 셀 케이싱은 제3 양태에서 제시된 배터리 시스템의 일부를 형성할 수 있다. 제3 양태의 배터리 시스템의 특징들의 임의의 조합은 배터리 셀 케이싱 내에 위치된 PCM의 체적의 임의의 확장 및/또는 수축 변화를 관리하는 방법에 사용될 수 있다.

이제 본 발명의 실시예가 다음 도면을 참조하여 단지 예로서 설명될 것이다.
도 1a 및 도 1b는 수직 또는 실질적으로 수직 배향으로 위치된 종래 기술에 따른 열 배터리를 나타낸다.
도 2는 종래 기술에 따라 수평 또는 실질적으로 수평 배향으로 위치된 도 1a 및 도 1b에 도시된 열 배터리를 나타낸다.
도 3a 및 도 3b는 수직 또는 실질적으로 수직 배향으로 위치된 본 발명의 일 실시예에 따른 열 배터리를 나타낸다.
도 3c는 수평 또는 실질적으로 수평 배향으로 위치된 도 3a 및 도 3b에 도시된 열 배터리를 나타낸다.
도 4a 및 도 4b는 체적 보상 챔버를 사용하는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열 배터리의 구성 부분을 나타낸다.
도 4c는 체적 보상 챔버를 사용하여 수직 또는 실질적으로 수직 배향으로 위치된 본 발명의 다른 실시예에 따른 사용 시의 열 배터리를 나타낸다.
도 4d는 체적 보상기를 사용하여 수평 또는 실질적으로 수평 배향으로 위치된 본 발명의 다른 실시예에 따른 열 배터리를 나타낸다.

일반적으로 100으로 지정된 종래 기술의 열 배터리 디자인의 표현이 도 1a 및 도 1b에 도시되어 있다. 도 1a 및 도 1b에서 열 배터리(100)는 수직 또는 실질적으로 수직 배향으로 위치되어 있다.

도 1a는 열 배터리(100)의 측단면도이고, 도 1b는 열 배터리(100)의 단부 단면도이다.

도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 열 배터리(100)는 배터리 셀 케이스(110)를 포함한다. 배터리 셀 케이스(110) 내에는 PCM(112) 및 열 교환기(118)가 포함되어 있다. PCM(112)은 배터리 셀 케이스(110)의 약 3/4를 채운다.

도 1a 및 도 1b는 또한 배터리 셀 케이스(110)의 상위측에 위치된 충전 포트(114)가 있음을 보여준다. 충전 포트(114)는 PCM과 같은 물질을 배터리 셀 케이스(110)에 주입하기 위한 입구로 사용될 수 있다. 충전 포트(114)는 마개와 같은 임의의 형태의 폐쇄 장치를 사용하여 폐쇄될 수 있다.

또한 열 배터리(100)의 동작에 사용될 수 있는 일련의 배터리 흐름 및 복귀 파이프(116)가 도시되어 있다. 임의의 적합한 수의 배터리 흐름 및 복귀 파이프(116)가 사용될 수 있다. 배터리 흐름 및 복귀 파이프(116)는 PCM(112)의 상위 영역을 향해 배터리 셀 케이스(110) 내로 연장된다.

도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 배터리 셀 케이스(110) 내 PCM(112) 위에는 공기 저장소가 위치되어 있다.

열 배터리(100)가 고갈되어 대부분의 에너지를 소모하면, 참조 부호 'A'로 식별된 상 변화 물질(즉, PCM)의 높이는 배터리 셀(110)의 열 교환기 상위 표면만을 덮는다.

열이 저장을 위해 열 배터리(100)로 전달되면 열 배터리(100)의 PCM 레벨의 레벨은 레벨 'B'로 상승하고 배터리 셀 케이스(110)의 공기 저장소(118)를 압축한다. 공기 저장소(118)는 종래 기술의 장치에서 과압이 되는 것으로 밝혀졌다.

특정 예에서, PCM의 수직 또는 실질적으로 수직 상승 및 하강은 배터리 셀 케이스(110)의 높이의 약 0.5% 내지 30%, 약 1% 내지 20% 및 약 1% 내지 10% 범위일 수 있다.

열 배터리(100)가 이제 도 2에 도시된 바와 같이 수평 배향 또는 실질적으로 수평 배향으로 설치되면, PCM(112)의 레벨은 높이 'A'로 떨어지고, 열 교환기(118)의 상당 부분이 배터리 셀 케이스(110) 내 PCM(112)의 높이보다 위에 있다. 따라서,

a) 열 배터리(100)의 성능이 상당히 (최대 약 40%) 감소된다.

b) 제어 센서 및 가열 요소(만약 장착된 경우)가 셀의 활성 부분 밖에 있을 수 있어서 그 기능이 손상될 수 있다.

본 발명은, 열 배터리의 과압, 성능 저하, 및 제어 센서와 가열 요소와 같은 열 배터리의 구성 요소가 PCM의 수축 및/또는 확장으로 인해 셀의 활성 부분 밖에 있어서 열 배터리의 기능을 손상시키는 것과 같은 전술한 문제를 해결한다.

도 3a, 도 3b 및 도 3c는 본 발명에 따른 열 배터리 디자인을 나타낸다. 본 발명의 열 배터리는 예를 들어 팽창 가능한 풍선, 예를 들어, 가압된 공기 풍선일 수 있는 가압된 팽창 가능한 부재를 포함한다. 가압된 풍선은 열 배터리의 열 사이클링 동안 PCM의 체적 및/또는 열 배터리 셀의 압력의 확장 변화를 관리하는 데 사용된다. 이에 대해서는 아래에서 보다 상세히 설명한다.

도 3a 및 도 3b는 수직면 또는 실질적으로 수직 배향으로 위치된 열 배터리(200)를 도시한다.

열 배터리(200)는 배터리 셀 케이스(210)를 포함한다. 배터리 셀 케이스(210) 내에는 PCM(212)이 위치된다. PCM은 본 발명을 다양한 응용 및 열 저장 요건에 맞게 적응될 수 있게 하는 임의의 적합한 PCM일 수 있다. 하나의 유형의 PCM 또는 복수의 PCM 및 이들의 조합이 존재할 수 있다.

배터리 셀 케이스(210)의 측면에는 충전 포트(214)가 위치된다. 충전 포트(214)는 PCM(212)을 배터리 셀 케이스(210)에 주입하는 데 사용될 수 있다.

또한, 배터리 셀 케이스(210)의 측면 상에, 예를 들어, 충전 포트(214) 위에 위치된 배터리 흐름 및 복귀 파이프(216)가 도시되어 있다. 배터리 흐름 및 복귀 파이프(216)는 PCM(212)의 상위 표면에, 실질적으로 상위 표면에, 또는 상위 표면을 향해 위치된다. 배터리 셀 케이스(210)는 또한 선택적으로 배터리 셀 케이스(210)의, 예를 들어, 상위 전면에 덮개 판을 더 포함할 수 있고, 이를 통해 팽창 가능한 풍선(220)이 수리를 위해 제거될 수 있다.

열 교환기(218)는 또한 PCM(212) 내에 침지된다. 임의의 적합한 형태의 열 교환기(218)가 본 발명에 사용될 수 있다. 하나의 또는 복수의 열 교환기가 존재할 수 있다.

도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, PCM(212) 위에는 팽창 가능한 부재가 위치된다. 임의의 적합한 유형의 팽창 가능한 부재가 사용될 수 있다. 특정 실시예에서, 팽창 가능한 부재는 팽창 가능한 풍선(220)의 형태이다. 풍선(220)은 임의의 적합한 형상 및 형태일 수 있으며, 예를 들어, 어느 정도의 확장성 및/또는 탄성을 갖는 임의의 적합한 플라스틱 물질로 제조될 수 있다. 풍선(220)의 물질은 또한 PCM(212)을 형성하는 물질에 대해 내성이 있어야 한다.

풍선(220)은 가스 충전 밸브(222)(예를 들어, 공기 충전 밸브)를 포함한다. 가스 충전 밸브(222)는 풍선(220) 내에 보유된 가스(예를 들어, 공기)의 압력과 양을 증가 및/또는 감소시키는 데 사용될 수 있다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 풍선(220)은 실질적으로 원통형(예를 들어, 관형) 형상이다. 그러나 임의의 적합한 형상이 사용될 수 있다.

풍선(220) 내의 압력은 약 0.1 bar 게이지 내지 약 6 bar 게이지(즉, 약 1.1 bar의 절대 값 내지 약 7 bar의 절대 값) 범위일 수 있다.

풍선(220)의 단면 직경은 PCM(212)과 같은 배터리 셀 케이스(210) 내에 보유된 물질의 확장 및/또는 수축에 맞게 적응되도록 확장 및 수축될 수 있다. 예를 들어, 풍선(220)의 단면 직경은 배터리 셀 케이스(210)의 수직 높이의 적어도 약 50%, 적어도 약 40%, 적어도 약 30%, 적어도 약 20%, 적어도 약 10% 또는 적어도 약 5%를 덮도록 확장 및 수축될 수 있다.

풍선(220)의 특별한 장점은 풍선(220) 내 가스의 압력을 매우 약간 변경함으로써 단면 직경에 약 5% 미만, 약 1% 미만 또는 약 0.5% 미만과 같은 매우 작은 변화를 또한 만들 수 있다는 것이다. 따라서, 본 발명의 풍선(220)은 열 배터리(200)의 동작을 미세 조정하여 열 배터리(200)가 최적의 성능 레벨에서 동작할 수 있고 또한 임의의 형태의 열화 및/또는 과압과 관련된 위험을 회피하는 데 사용될 수 있다.

PCM(212)을 충전 및/또는 방전하는 동안, 배터리 셀 케이스(210) 내에 보유된 물질은 확장 및/또는 수축된다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, PCM(212)은 참조 부호 'A'와 'B'로 표시된 레벨들 사이에서 예를 들어 수직면으로 경계 제한 범위 내에서 확장 및/또는 수축한다. 따라서 본 발명의 풍선(220)은 PCM(212)과 같은 배터리 셀 케이스(210) 내에 보유된 물질의 확장 및/또는 수축에 따라 확장 및/또는 수축될 수 있다.

배터리 셀 케이스(210)는 PCM(212)의 레벨을 모니터링함으로써 PCM(212)의 확장 및 플래시(flash) 또는 수축을 모니터링하는 데 사용될 수 있는 제어 센서를 포함할 수 있다. 임의의 적합한 형태의 센서가 이 모니터링에 사용될 수 있다. 제어 센서는 이를 제어 시스템으로 전송할 수 있고, 이 제어 시스템은 풍선(220)의 가압 및/또는 감압을 활성화할 수 있다. 이러한 제어 시스템은 풍선(220)을 통해 열 배터리(210)가 최적의 효율 및 최대 효율에서 지속적으로 동작할 수 있도록 한다. 따라서 가스는 PCM(212)의 모니터링된 레벨에 따라 가스 충전 밸브(222) 내로 공급되고/되거나 가스 충전 밸브 밖으로 유출될 수 있다.

풍선(220)의 무결성 및 기능이 유지되는 것을 보장하기 위해,

c) 풍선의 물질은 PCM과 상용 가능하고, 예를 들어, 금속화된 플라스틱이고,

d) 배터리 내부의 배터리 충전 파이프 배열은 PCM이 고체 상태일 때 풍선 주위에 PCM이 영구적으로 존재하지 않도록 선택적으로 배열된다.

도 3c는 수평 또는 실질적으로 수평면으로 위치된 열 배터리(200)를 나타낸다. 구성 요소는 도 3a 및 도 3b에 제시된 것과 동일하다. PCM(212)은 수평 레벨 'A'와 'B'사이에서 확장 및 수축된다. 전술한 바와 유사하게, 임의의 형태의 과압을 피하기 위해 풍선(220)은 확장 및/또는 수축될 수 있다. 다시 한번, 이것은 열 배터리(200)가 최적의 효율 및 최대 효율에서 동작할 수 있게 한다. 추가적으로, 과압과 관련된 임의의 형태의 유해성이 회피된다.

풍선(220) 내의 압력은 약 0.1 bar 게이지 내지 약 6 bar 게이지(즉, 약 1.1 bar의 절대 값 내지 약 7 bar의 절대 값) 범위일 수 있다.

풍선(220)의 단면 직경은 PCM(212)과 같은 배터리 셀 케이스(210) 내에 보유된 물질의 확장 및/또는 수축에 맞게 적응되도록 확장 및/또는 수축될 수 있다. 예를 들어, 풍선(220)의 단면 직경은 배터리 셀 케이스(210)의 수직 높이의 적어도 약 50%, 적어도 약 40%, 적어도 약 30%, 적어도 약 20%, 적어도 약 10% 또는 적어도 약 5%를 덮도록 확장 및/또는 수축될 수 있다.

풍선(220)의 특별한 장점은 풍선(220) 내 가스의 압력을 매우 약간 변경함으로써 단면 직경에 약 5% 미만, 약 1% 미만 또는 약 0.5% 미만과 같은 매우 작은 변화를 또한 만들 수 있다는 것이다. 따라서, 본 발명의 풍선(220)은 열 배터리(200)의 동작을 미세 조정하여 열 배터리(200)가 최적의 성능 레벨에서 동작할 수 있고 또한 임의의 형태의 열화 및 과압과 관련된 위험을 방지하는 데 사용될 수 있다.

도 4a, 도 4b 및 도 4c는 별도의 체적 보상기의 사용과 관련된 본 발명의 다른 실시예를 나타낸다. 이에 대해서는 아래에서 보다 상세히 설명한다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 열 배터리(300)를 도시한다. 열 배터리(300)는 수직 또는 실질적으로 수직 배향이다. 도 4a는 열 배터리(300)의 측단면도이고, 도 4b는 열 배터리(300)의 단부 단면도이다.

열 배터리(300)는 배터리 셀 케이스(310)를 포함한다. 배터리 셀 케이스(310) 내에는 PCM(312)과 열 교환기(318)가 위치된다. 도 4a에 도시된 바와 같이 열 교환기(318)는 PCM(312) 내에 침지된다. 적어도 하나의 또는 복수의 열 교환기가 있을 수 있다.

배터리 셀 케이스(310)의 측면에는 배터리 흐름 및 복귀 파이프(316)가 있다. 배터리 흐름 및 복귀 파이프(316)는 PCM(312)의 상위 표면에 또는 상위 표면 바로 아래에 위치된다.

배터리 셀 케이스(310)의 측면에는 배터리 셀 케이스(310)의 내부와 PCM(312)에 접근을 허용하는 접근 덮개(340)가 또한 존재한다. 접근 덮개(340)는 또한 밀봉된 수용부(332)에 접근을 제공하고, 이를 통해 도 4c에 도시된 실시예와 같이 이를 제거하고 재위치시킬 수 있다.

PCM(312) 위에는 밀봉된 튜브 형태일 수 있는 밀봉된 수용부(332)가 위치된다. 밀봉된 수용부(332)는 임의의 적합한 형상 및 크기일 수 있다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 밀봉된 수용부(332)는 PCM(312)의 모든 또는 실질적으로 모든 상위 표면을 따라 그리고 상위 표면에 걸쳐 연장된다. 따라서 밀봉된 수용부(332)는 PCM(312)의 모든 또는 실질적으로 모든 상위 표면에 걸쳐 커버를 형성한다.

도 4a 및 도 4b는 또한 밀봉된 수용부(332)의 상위 표면에 선택적으로 자가 밀봉될 수 있는 확장 포트(330)가 존재하는 것을 보여준다. 확장 포트(320)는 체적 보상 챔버(320)에 연결된다.

체적 보상 챔버(320)는 공기가 확장 포트(330)를 통해 밀봉된 수용부(332) 안으로 공급되고/되거나 수용부 밖으로 유출될 수 있는 별도의 가스 챔버(예를 들어, 공기 챔버)이다. 따라서 체적 보상 챔버(320)는 체적 보상기로서 기능한다.

체적 보상기 챔버(320)는 선택적으로 열 배터리(300)와 분리되어있다. 이를 통해 체적 보상기 챔버(320)는 열 배터리(300)로부터 원격에 위치될 수 있다. 이는 체적 보상기 챔버(320)가 열 배터리(300) 내의 압력을 제어하여 과압 문제 및 관련 유해성을 극복하는 것과 같은 많은 장점을 제공한다.

도 4a 및 도 4b에 도시된 배열에서, 열 배터리(300)의 동작 높이는 PCM(312)의 가열 및/또는 방전 레벨에 따라 증가 및/또는 감소될 수 있다. 예를 들어, 열 배터리(300)의 동작 높이는 열 배터리(300)의 동작 높이가 PCM(312)의 확장된 체적에 충분하도록 PCM(312)의 확장을 수용하도록 증가될 수 있다. PCM(312)이 수축하고 PCM(312)의 상위 레벨이 저하하는 경우 열 배터리(300)의 동작 높이는 PCM(312)의 수축을 수용하기 위해 감소될 수 있다. 이를 통해 배터리 셀 케이스(310) 내부의 압력을 지속적으로 제어하고 미리 결정된 최적의 압력에 일정하게 유지할 수 있다. 이것은 예를 들어, 대기압일 수 있다. 열 배터리(300)의 이러한 향상된 제어는 과압과 관련된 임의의 형태의 유해성과 위험을 방지한다.

도 4a, 도 4b 및 도 4c에서 배터리 셀 케이스(310)는 접근 덮개(340)를 제거함으로써 충전되고, 체적 보상 챔버(320)는 확장 포트(330)를 통해 열 배터리(300)에 연결된다. 확장 포트(330)는 바람직하게는 자가 밀봉되고, 가스 기밀, 예를 들어, 공기 기밀된다.

도 4b 및 도 4c에는 치수 'H'가 표시되어 있다. 치수 'H'는 바람직하게는 열 배터리의 등가 표준 폭보다 약간 더 크다. 또한 PCM(312) 위에는 에어 갭(360)이 위치된 것으로 도시되어 있다. 에어 갭(360)의 크기 및/또는 체적은 예를 들어, PCM(312)의 확장 및/또는 수축으로 인해 레벨 'A'로부터 레벨 'B'까지 변할 수 있다.

사용 시에 열 배터리(300)가 도 4c에 도시된 바와 같이 수직 또는 실질적으로 수직 배향으로 위치될 때, 밀봉된 수용부(332)가 이에 따라 제거된다. 열 배터리(300)를 수직 또는 실질적으로 수직 배향으로 사용하는 동안, 도 4c에 도시된 바와 같이, PCM(312)은 레벨 'A'로부터 레벨 'B'까지 확장될 수 있다. 이러한 확장 동안, PCM(312) 위의 가스(예를 들어, 에어 갭(360) 내의 공기)는 압축된다. 압축된 가스는 자가 밀봉 확장 포트(330)를 통해 체적 보상기 챔버(320)로 빠져 나간다. 따라서 PCM(312) 위의 가스 압력은 일정하게 및/또는 실질적으로 일정하게 및/또는 미리 결정된 최적의 압력에 유지된다. 이것은 예를 들어, 대기압일 수 있다. 그러나, 열 배터리(300)의 최적의 동작에 적절한 임의의 다른 적합한 압력이 선택될 수 있다.

따라서, PCM(312)은 레벨 'B'까지 확장될 수 있고, 열 배터리(300) 내의 가스(예를 들어, 에어 갭(360)의 공기)는 체적 보상기 챔버(320)로 압축된다. PCM(312)이 수축할 때(즉, 냉각 및/또는 방전될 때) 공기는 체적 보상기 챔버(320)로부터 예를 들어 자가 밀봉 확장 포트일 수 있는 확장 포트(330)를 통해 에어 갭(360)으로 다시 빠져 나갈 수 있다.

따라서, 에어 갭(360)의 실제 크기 및/또는 체적은 변할 수 있지만, 갭(360) 내의 가스의 양을 적응 및/또는 변경함으로써 갭(360) 내의 실제 압력은 일정하게 유지될 수 있다. 가스를 체적 보상 챔버(320)와 갭(360) 사이에 전달할 수 있는 임의의 적합한 기구 및/또는 장치가 사용될 수 있다.

PCM(312) 위의 가스(예를 들어, 공기)의 압력이 떨어지는 경우, 가스는 체적 보상기 챔버(320)로부터 자가 밀봉 확장 포트(330)를 통해 열 배터리(300)로 다시 빠져 나갈 수 있다. 자가 밀봉 확장 포트(330)는 요구되는 압력 균형을 달성하기 위한 단 하나의 옵션일 뿐, 압력을 제어하기 위한 임의의 다른 형태의 포트 및/또는 장치가 사용될 수 있다는 것이 주목된다.

도 4d는 수평 또는 실질적으로 수평 위치에 있는 열 배터리(300)를 나타낸다. 열 배터리(300)가 수평 또는 실질적으로 수평 위치에서 사용되는 경우, 접근 덮개(340)를 제거하고 또한 체적 보상기 챔버(320)를 제거하는 데, 이는 이것이 재위치시키는 데 필요하기 때문이다. 도 4a에 도시된 밀봉된 수용부는 도 4a에 도시된 것과 유사한 방식으로 삽입된다. 체적 보상기 챔버(320)는 열 배터리가 수평 또는 실질적으로 수평 위치에 위치될 때 열 배터리(300)의 상위 표면(즉, 측면)에 장착된다. 그러므로 체적 보상기 챔버(320)는 도 4a에 도시된 것과 다른 위치에 있다.

도 4d에 도시된 수평 또는 실질적으로 수평 위치에서, 배터리 셀 케이스(310)는 PCM(312)의 상위 표면과 배터리 셀 케이스(310)의 상위 표면 사이에 작은 갭(350)이 있을 때까지 PCM(312)으로 채워진다. 갭(350)은 약 10cm 미만, 약 5cm 미만, 약 1cm 미만 또는 약 0.5cm 미만일 수 있다.

도시되지는 않았지만, 배터리 셀 케이스(310)의 상위 표면(360)의 내부 면은 선택적으로, 예를 들어, PCM(312)의 체적의 확장을 안내하는 데 도움이 되는 홈 및/또는 채널을 갖도록 윤곽이 형성된다.

PCM(312)의 사용 및 확장 시, 갭(350)으로부터 체적 보상 챔버(320)로 공기가 배기된다. PCM(312)이 수축하는 경우, 공기는 체적 보상 챔버(320)로부터 확장 포트를 통해 갭(350)으로 다시 방출된다. 따라서 갭(350) 내의 압력은 지속적으로 제어되고 미리 결정된 최적의 압력에 일정하게 유지될 수 있다. 이것은 예를 들어, 대기압일 수 있다. 열 배터리(300)의 이러한 향상된 제어는 과압과 관련된 임의의 형태의 유해성과 위험을 방지한다.

별도의 체적 보상 챔버(320)를 사용하면 다수의 기술적 장점을 제공할 수 있다. 이러한 기술적 장점의 예는 다음과 같다:

a) 종래 기술 디자인에서는 통합 확장 공간의 계획 면적 및 치수는 도 1a, 도 1b 및 도 2에 도시된 열 배터리와 동일하다. 이는 작은 계획 면적의 열 배터리의 경우 PCM이 확장되는 것을 수용하는 데 필요한 확장 공간의 높이가 커져 전체 열 배터리의 높이를 불필요하게 증가시킨다는 것을 의미한다.

별도의 확장 체적 보상 챔버를 사용하면 체적 보상기의 치수를 다르게 만들어서 열 배터리의 전체 높이를 줄일 수 있기 때문에 위의 제한을 극복할 수 있다.

b) 별도의 확장 보상 챔버는 열 배터리 패키지의 여분의 공간에 맞게 활용하여 전체 열 배터리 패키지를 보다 컴팩트하게 만들도록 형성될 수 있다.

c) 종래 기술의 현재 디자인에서는 2개 이상의 셀이 있는 열 배터리를 설계하는 것은 각 셀에서 통합된 확장 챔버가 차지하는 공간을 유용하게 사용하지 않는다. 그러나 별도의 체적 보상 챔버 접근 방식을 사용하면 배터리의 여분의 공간을 활용하여 보상기를 형성할 수 있을 뿐만 아니라 배터리의 2개 이상의 셀에 걸쳐 공유하도록 보상기를 형성할 수도 있다. 따라서 본 발명에서 임의의 수의 열 배터리는 적어도 하나의 또는 다수의 체적 보상 챔버에 의해 제어될 수 있다.

d) 별도의 체적 보상 챔버는 열 배터리로부터 멀리 떨어져 있을 수 있어서 열 배터리의 전체 치수가 더 작아져서 제한된 공간에 설치하기에 이상적일 수 있다.

e) 확장 체적 보상 챔버에는 일반적으로 감압 밸브가 장착되어 있는 데, 일부 응용에서 그 배출하는 것을 처리하는 것이 필요할 수 있다. 별도의 체적 보상기를 사용하면 필요한 경우 확장 밸브로부터 배출하는 것을 안전하고 쉽게 처리할 수 있는 위치에 체적 보상기를 배치할 수 있다.

본 발명의 특정 실시예가 앞에서 설명되었지만, 설명된 실시예를 벗어나는 사항도 여전히 본 발명의 범위 내에 있을 수 있는 것으로 이해된다. 예를 들어, 팽창 가능한 풍선으로서 임의의 적합한 유형의 확장 가능한 장치가 사용될 수 있다. 또한, 열 배터리 내부의 압력을 제어하기 위해 임의의 형태의 체적 보상기가 사용될 수 있다.

Claims (42)

1. 수직 배향 또는 수평 배향으로 배치된 열 배터리(200)로서,
   배터리 셀 케이스(210);
   상기 배터리 셀 케이스(210) 내에 위치된 상 변화 물질(PCM)(212);
   상기 배터리 셀 케이스(210) 내에 위치되고 상기 PCM(212) 내에 침지된 적어도 하나의 또는 복수의 열 교환기(218);
   팽창 또는 수축될 수 있는 팽창 가능한 가스 풍선 형태로 되어 있고, 상기 배터리 셀 케이스(210) 내에 위치되고, 상기 배터리 셀 케이스(210) 내에서 확장 또는 체적 변화를 관리하기 위해 확장 또는 수축될 수 있는 확장 가능한 장치(220);
   상기 배터리 셀 케이스(210)를 통해 연장되고 상기 확장 가능한 장치(220)에 연결되며, 상기 확장 가능한 장치(220) 내에 보유된 가스의 압력 또는 양을 증가 또는 감소시키는 데 사용되는 가스 충전 밸브(222); 및
   상기 PCM(212)의 레벨을 모니터링함으로써 상기 PCM(212)의 확장 또는 수축을 모니터링하는 제어 센서;를 포함하고,
   상기 확장 가능한 장치(220)의 단면 직경은 상기 제어 센서에 의해 측정되는 상기 배터리 셀 케이스(210) 내에 포획된 임의의 가스/공기 또는 상기 PCM(212)의 확장 또는 수축에 맞게 적응되도록 확장 또는 수축되고,
   상기 확장 가능한 장치(220)는 상기 배터리 셀 케이스(210)의 내부면 내에서 상기 내부면에 지지되도록 위치되고, 상기 PCM(212)의 상위 표면에 걸쳐서 그리고 열 교환기(218)의 상위 표면을 따라 연장되는 것을 특징으로 하는 열 배터리(200).
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 배터리 셀 케이스(210)는 배터리 흐름 및 복귀 파이프(216)를 포함하는 것을 특징으로 하는 열 배터리(200).
5. 제4항에 있어서,
   상기 배터리 흐름 및 복귀 파이프(216)는 충전 포트(214) 위 상기 배터리 셀 케이스(210)의 측면에 위치된 것을 특징으로 하는 열 배터리(200).
6. 제1항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 PCM(212) 위 상기 배터리 셀 케이스(210)의 상위 영역에는 하나의 확장 가능한 장치, 2개의 확장 가능한 장치 또는 복수의 확장된 장치가 위치된 것을 특징으로 하는 열 배터리(200).
7. 제1항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 확장 가능한 장치(220)의 단면 직경은 상기 배터리 셀 케이스의 수직 높이의 적어도 50%, 적어도 40%, 적어도 30%, 적어도 20%, 적어도 10% 또는 적어도 5%를 덮도록 확장 또는 수축되는 것을 특징으로 하는 열 배터리(200).
8. 제1항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 확장 가능한 장치(220)의 단면 직경은 상기 확장 가능한 장치(220) 내의 가스의 압력을 변경하기 위해 5% 미만, 1% 미만 또는 0.5% 미만만큼 확장 또는 수축될 수 있는 것을 특징으로 하는 열 배터리(200).
9. 제1항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제어 센서는 측정값을 제어 시스템에 전송하고, 상기 제어 시스템은 상기 확장 가능한 장치(220)의 가압 또는 감압을 활성화할 수 있는 것을 특징으로 하는 열 배터리(200).
10. 배터리 셀 케이스 내의 확장 또는 체적 변화를 관리하는 방법으로서,
    배터리 셀 케이스(210)를 제공하는 단계;
    상기 배터리 셀 케이스(210) 내에 상 변화 물질(PCM)(212)을 위치시키는 단계;
    상기 배터리 셀 케이스(210) 내에 위치되고 상기 PCM(212) 내에 침지된 적어도 하나의 또는 복수의 열 교환기(218)를 제공하는 단계;
    팽창 또는 수축될 수 있는 팽창가능한 가스 풍선 형태로 되어 있고, 상기 배터리 셀 케이스(210) 내에 위치되고, 상기 배터리 셀 케이스(210) 내에서 확장 또는 체적 변화를 관리하기 위해 확장 또는 수축될 수 있는, 확장 가능한 장치(220)를 제공하는 단계;
    상기 배터리 셀 케이스(210)를 통해 연장되고 상기 확장 가능한 장치(220)에 연결되며, 상기 확장 가능한 장치(220) 내에 보유된 가스의 압력 또는 양을 증가 또는 감소시키는 데 사용되는, 가스 충전 밸브(222)를 제공하는 단계; 및
    상기 PCM(212)의 레벨을 모니터링함으로써 상기 PCM(212)의 확장 또는 수축을 모니터링하는 제어 센서를 제공하는 단계;를 포함하고,
    상기 확장 가능한 장치(220)의 단면 직경은 상기 제어 센서에 의해 측정되는 상기 배터리 셀 케이스(210) 내에 포획된 임의의 가스/공기 또는 상기 PCM(212)의 확장 또는 수축에 맞게 적응되도록 확장 또는 수축되고,
    상기 확장 가능한 장치(220)는 상기 배터리 셀 케이스(210)의 내부면 내에서 상기 내부면에 지지되도록 위치되고, 상기 PCM(212)의 상위 표면에 걸쳐서 그리고 열 교환기(218)의 상위 표면을 따라 연장되는 것을 특징으로 하는 배터리 셀 케이스 내의 확장 또는 체적 변화를 관리하는 방법.
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