KR20120060879A - 차량용 전기화학 에너지 저장장치 및 그 전기화학 에너지 저장장치의 냉각 또는 가열방법 - Google Patents

차량용 전기화학 에너지 저장장치 및 그 전기화학 에너지 저장장치의 냉각 또는 가열방법 Download PDF

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클라우스-루페르트 호헨타너
클라우디아 브라세
안드레아스 푹스
요에르크 카이저
안드레아스 구취
팀 샤에퍼
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리-텍 배터리 게엠베하
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Abstract

다수 개의 평판형 갈바니 전지(3)가 배치되어 있는 하우징(2)을 포함하는 에너지 저장장치(1)에 대한 것이다. 2개의 인접 평판형 갈바니 전지 사이 각각에는 평판형 열전도체(4) 및/또는 평판형 탄성체(5)가 배치되어 있다. 바람직하게는 상기 평판형 갈바니 전지, 상기 평판형 열전도체 및/또는 상기 평판형 탄성체의 접촉면에서 서로에 대해 표면 압착에 대응하는 힘(11)이 가해지고 상기 하우징은 열전도체(4)가 끼워져 있는 구조체 또는 구조체들(8,9)을 구비한 벽을 가져 상기 열전도체가 접촉면에 작용하는 힘의 방향(11)으로 위치 이동할 수 없게 된다.

Description

차량용 전기화학 에너지 저장장치 및 그 전기화학 에너지 저장장치의 냉각 또는 가열방법{ELECTROCHEMICAL ENERGY STORE FOR VEHICLES AND METHOD FOR COOLING OR HEATING SUCH AN ELECTROCHEMICAL ENERGY STORE}
본 발명은 차량용 전기화학 에너지 저장장치 및 그 전기화학 에너지 저장장치, 특히 리튬 이온 축전지를 냉각 또는 가열하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 리튬이 없고 차량과 무관한 전기화학 에너지 저장장치에서도 이용될 수 있다.
전기에너지를 저장하기 위해 갈바니 전지(Galvanic cell)를 구비한 다수의 전기화학 에너지 저장장치의 종류가 종래기술에 공지되어 있다. 이때 이러한 에너지 저장장치로 공급되는 전기에너지는 화학에너지로 변환되어 저장된다. 상기 변환은 변환 동안 축전지의 노화 또는 손상을 야기하는 비가역적 화학반응이 일어나기 때문에 에너지 손실이 발생한다. 이때 발생하는 에너지 손실은 열의 형태로 방출되어 갈바니 전지의 온도 증가와 연관될 수 있다.
갈바니 전지 내 온도가 너무 많이 상승하면 소정의 조건에서 연소 또는 폭발할 수 있어 에너지 저장장치가 파괴될 위험이 있다. 이러한 바람직하지 않은 현상은 전기화학 에너지 저장장치를 가장 효과적으로 냉각하면 방지될 수 있다.
또 다른 한편, 많은 전기화학 에너지 저장장치들은 그 구성과 작동원리에 따라 달라지는 최소 작동온도를 넘어야 비로소 효율적으로 또는 신뢰성 있게 작동한다. 따라서 전기화학 에너지 저장장치의 사용 목적 또는 용도에 따라 열을 공급하여 전기화학 에너지 저장장치의 온도를 증가시키는 것이 바람직할 수 있다.
차량에 전기화학 에너지 저장장치를 사용할 때에는 상기 차량에서 발생하는 힘, 예를 들면 배터리 하우징과 전지에 전달될 수 있는 관성력과 관련된 추가 조건을 고려하여야 한다. 이러한 힘은 배터리 하우징 내 전지들을 진동시키거나 배터리 하우징 내 갈바니 전지들의 바람직하지 않은 서로 다른 상대적인 이동을 야기할 수 있다.
차량 분야 이외에서도 이와 비슷한 효과가 예를 들면 진동 또는 충격이 발생할 수 있는 산업 시설과 관련하여 발생할 수도 있다.
따라서 본 발명의 과제는 특히 차량을 작동하기에 적합한 전기화학 에너지 저장장치 및 이러한 전기화학 에너지 저장장치를 가장 효과적으로 냉각 또는 가열하기 위한 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따르면 상기 과제는 독립항의 요지에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 전기화학 에너지 저장장치는 다수 개의 평판형 갈바니 전지가 배치되어 있는 하우징을 포함한다. 2개의 인접해 있는 평판형 갈바니 전지 사이 각각에는 평판형 열전도체 및/또는 평판형 탄성체가 배치되어 있다.
본 발명의 기재내용과 관련하여 전기화학 에너지 저장장치라 함은 그로부터 전기에너지가 공급되되 그 내부에서는 전기화학반응이 진행되는 모든 형태의 에너지 저장장치를 의미한다. 상기 용어는 특히 모든 형태의 갈바니 전지, 특히 1차 전지, 2차 전지와 이러한 전지의 조립체로서 이러한 전지들로 이루어진 배터리 형태의 조립체를 포함한다. 이러한 전기화학 에너지 저장장치는 전형적으로 소위 분리막에 의해 분리되는 음극과 양극을 갖는다. 상기 전극 사이에서는 전해질을 통해 이온이 수송된다.
본 발명과 관련하여 평판형 물체라 함은 그 바닥면과 상면이 실질적으로 그 외면보다 큰 실질적으로 직선형인 각형의 물체를 의미한다. 기하학 분야에서는 일반적으로 각형이라 함은 그 바닥면이 다각형이고 그 측면 모서리는 실질적으로 평행하고 길이가 실질적으로 동일한 기하학적인 형체를 의미한다. 기하학 분야에서 일반적으로 사용되는 용어에 따르면, 이러한 각형은 평면의 다각형을 상기 평면에 위치하지 않은 직선을 따라 평행하게 공간 이동시켜 형성된다. 상기 다각형을 다각형의 평면에 대해 수직으로 평행 이동시키면 직각의 각형이 형성된다. 상기 다각형을 통상적으로 바닥면이라 하며, 상기 바닥면과 합동으로 평행하게 위치한 상기 각형의 또 다른 경계 표면을 상면이라 한다. 나머지 모든 경계면 전체를 각형의 측면이라고도 한다. 경우에 따라 상기 측면의 일부를 앞면(들)이라고도 한다.
이러한 각형 갈바니 전지의 중요한 예는 소위 파우치 전지 또는 소위 커피-백(coffee-bag) 전지로서 이들은 전형적으로 대부분 꼭짓점이 실질적으로 만곡형인 평판형 직육면체 형태를 갖는다. 이러한 갈바니 전지의 각형 형태는 많은 경우 전지의 하우징 또는 호일 포장재 만을 의미하는데, 흔히 커넥터라고도 하는 전기 접속 접촉부가 각형 형태의 하우징 또는 각형 형태의 포장재로부터 돌출해 있기 때문이다.
이러한 평판형 물체는 공간을 절감할 수 있는 방식으로 배치되어 접촉면, 대개는 바닥면 또는 상면에서 서로에 대해 평면 압착 의미의 힘이 가해진다.
평면 압착(surface pressing)이라 함은 통상적으로 평면 접촉하는 2개의 고체 사이에 작용하는 단위 면적 당 힘을 의미한다. 2개의 고체가 힘에 의해 서로 압착되면 상기 고체 사이의 접촉면에서는 정상적인 하중 분포가 발생하는데, 이를 평면 압착이라 한다. 압축(pressure)에 비해 평면 압착은 등방성이 아니라, 즉 평면 압착은 -하중과 같이- 방향성을 가지며 반드시 접촉면 전체에 걸쳐 일정한 것은 아니다. 평면 압착이 작용하면 관여된 대상체에서는 특징적인 하중 분포가 나타난다.
본 발명과 관련하여 열전도체라 함은 열을 전도하기에, 특히 접촉하게 되는 대상체로부터 열을 전도하기에 적합한 물체로 이해된다.
본 발명과 관련하여 탄성체라 함은 외부 힘이 작용하는 상태에서 소위 탄성 변형되는 물체를 의미한다. 또한 탄성체는 외부에서 작용하는 힘에 의해 점차 변형되면서 이 힘에 대응되는 대향력이 반대 방향으로 작용하여 최종적으로 힘이 평형을 이루면 더 이상 변형되지 않는다. 탄성체는 외부 힘이 더 이상 가해지지 않을 때 변형으로부터 완전히 복원되는 특징이 있다. 본 발명과 관련하여 탄성체라 함은 이상적인 탄성체의 이상적인 탄성을 적어도 거의 나타내는 실질적으로 탄성인 물체를 의미하기도 한다.
본 발명의 기재내용과 관련하여 열 수송 매체라 함은 그의 물성 때문에 열 수송 매체에서 대류를 통한 열전도 및/또는 열 수송에 의해 열을 수송하기에 적합한 기체 또는 액체 물질로서 이해되어야 한다. 본 기술분야에서 일반적으로 이용되는 열 수송 매체에 대한 중요한 예로는 예를 들면 공기 또는 물이 있다. 주변 응용장치에 따라, 또 다른 기체 또는 액체로는 예를 들면 높은 열용량 및/또는 높은 열전도성을 갖는 희소 기체 또는 액화 희소 기체 또는 물질과 같은 화학적으로 불활성인(반응성이 거의 없는) 기체 또는 액체가 전형적이다.
유리한 실시형태와 추가 실시형태는 종속항의 요지이다.
본 발명에 따른 전기화학 에너지 저장장치의 바람직한 실시형태는 평판형 갈바니 전지, 평판형 열전도체 및/또는 평판형 탄성체의 접촉면에서 서로에 대해 표면 압착에 대응하는 힘이 가해지는 것을 특징으로 한다. 이러한 힘에 의해 접촉되는 평면의 접촉이 규칙적으로 개선되어 이들 평면을 통한 열 전달도 규칙적으로 개선되는데, 이로 인해 이상적인 평면성으로부터 접촉면의 작은 편차가 매우 크게 보상될 수 있기 때문이다. 이는 예를 들면 소위 커피-백 전지의 하우징을 호일로 제조하는 경우에 특히 적합한데, 호일은 바람직하게는 열전도체의 접촉면을 형성하는 이상적이지 않은 면에 충분한 압력이 가해질 때 이상적인 면으로부터의 편차를 쉽게 조정할 수 있다.
본 발명에 따른 전기화학 에너지 저장장치의 또 다른 바람직한 실시형태는 하우징이 적어도 하나의 열전도체가 끼워져 있는 구조체 또는 구조체들을 구비하는 적어도 하나의 벽을 가져 상기 열전도체가 접촉면에 작용하는 힘의 방향으로 위치 이동할 수 없게 되는 특징으로 한다. 상기 실시형태에서 열전도체는 차량에서 발생하는 힘이 원치 않는 갈바니 전지의 위치 이동을 야기하지 않도록 할 수 있는 체결판으로서 역할을 동시에 수행하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 전기화학 에너지 저장장치의 또 다른 바람직한 실시형태는 상기 열전도체가 하우징으로부터 돌출해 있는 열 교환 부재와 연결되어 열을 전도하는 것을 특징으로 한다. 이러한 열 교환 부재는 열전도체로부터 열전도를 개선하여 열전도체를 통해 주변장치에 접촉되어 있는 갈바니 전지로부터 열전도를 개선하는데 적합하다.
본 발명에 따른 전기화학 에너지 저장장치의 또 다른 바람직한 실시형태는 열전도체가 기체 또는 액체의 열 수송 매체가 관통할 수 있는 채널을 갖는 하우징부와 연결되어 열을 전도하는 것을 특징으로 한다. 이와 달리 또는 이와 조합하여 상기 전기화학 에너지 저장장치에는 기체 또는 액체의 열 수송 매체가 관통할 수 있는 채널을 갖는 열전도체가 구비될 수 있다.
당업자라면 본 기술분야의 지식을 토대로 본 발명에 기재된 실시형태 중 일부를 조합할 수 있음을 알 것이고; 당업자라면 본 명세서의 기재내용을 참조하고 본 기술분야의 지식을 토대로 본 명세서 또는 후술하는 기재내용에 최종적으로 기재되어 있지 않은 다른 실시예들을 쉽게 찾아낼 수 있을 것이다. 본 발명은 본 명세서에 기재되어 있는 실시예로 한정되는 것은 아니다.
이하, 바람직한 실시예를 토대로 하고 도면을 통해 본 발명을 더욱 상세히 기재한다. 도면에서:
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 본 발명의 전기화학 에너지 저장장치를 도시하고;
도 2는 열전도체에 열 교환 부재를 구비한 본 발명의 제2실시예에 따른 본 발명의 전기화학 에너지 저장장치를 도시하고;
도 3은 하우징에 채널을 갖는 본 발명의 제3실시예에 따른 본 발명의 전기화학 에너지 저장장치를 도시하고;
도 4는 열전도체에 채널을 갖는 본 발명의 제4실시예에 따른 본 발명의 전기화학 에너지 저장장치를 도시하고;
도 5는 하우징과 열전도체에 채널을 갖는 본 발명의 제5실시예에 따른 본 발명의 전기화학 에너지 저장장치를 도시하고;
도 6은 열전도체에 열 교환 부재를 구비하고 열전도체와 하우징에 채널을 갖는 본 발명의 제6실시예에 따른 본 발명의 전기화학 에너지 저장장치를 도시하고;
도 7은 본 발명의 제7실시예에 따른 본 발명의 전기화학 에너지 저장장치를 도시하고 있는 도면이다.
본 발명에 따른 전기화학 에너지 저장장치는 복수의 평판형 갈바니 전지(3)가 배치되어 있는 하우징(2)을 포함한다. 평판형 열전도체(4) 및/또는 평판형 탄성체(5)는 두 개의 인접 평판형 갈바니 전지(3) 사이에 각각 배치된다.
도 1에 개략적으로 도시되어 있는 바와 같이, 열전도체(4)와 탄성체(5)는 각형 갈바니 전지(3)의 양 주요 표면의 각각에 배치되는 것이 바람직하다. 상기 전지와 탄성체(5)의 거리와 체적을 적절히 치수 조정함으로써 상기 전지와 탄성체의 접촉면 사이에 작용하는 힘(11)에 의해 탄성체(5)가 함께 압착될 수 있다. 이러한 처리에 의해 관련 물체의 접촉면에서, 즉 열전도체(4), 갈바니 전지(3)와 탄성체(5)의 접촉면에서 표면 압착이 일어나 갈바니 전지(3)가 열전도체(4) 사이에 끼워져 압착되도록, 다시 말해 고정되도록 작용될 수 있다.
갈바니 전지(3)의 각 표면은 열전도체(4)와 열 접촉 상태에 있기 때문에 열전도체(4)는 그의 열전도도에 의해 접촉면에서 발생하는 열을 전도한다. 열전도체(4)가 추가로 하우징의 해당 구조체(9)에 기계적으로 고정되어 접촉면에 대해 수직 방향으로 열전도체의 위치가 이동될 수 없게 한 경우에는 접촉면에 수직인 방향으로 갈바니 전지(3)의 위치 이동은 일어나지 않거나 적어도 방해되거나 최소로 제한된다.
발생한 표면 압착의 압력은 각각의 갈바니 전지(3)를 인접한 열전도체(4)에 압착시켜 갈바니 전지(3)와 열전도체(4) 사이의 열 전달을 개선한다. 갈바니 전지(3)를 냉각하는 경우에 일어나는 갈바니 전지(3)로부터 열전도체(4)로의 열 흐름은 화살표(10)로 표시되어 있다. 동시에 화살표(10)는 갈바니 전지(3)를 열전도체에 압착시키는 힘을 표시하고 있다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 평판형 갈바니 전지(3), 평판형 열전도체(4) 및/또는 평판형 탄성체(5)의 접촉면에서 서로에 대하여 표면 압착에 대응하는 힘(11)이 가해진다. 바람직하게는 이를 통해 상기 하우징이 적어도 하나의 열전도체(4)가 끼워져 있는 구조체 또는 구조체들(8,9)을 구비한 적어도 하나의 벽을 가져 상기 열전도체가 접촉면에 작용하는 힘(11)의 방향으로 이동할 수 없게 된다.
도 2는 상기 열전도체가 하우징(2)으로부터 돌출해 있는 열 교환 부재(12)와 연결되어 열을 전도하는 본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태를 도시하고 있다. 열 교환 부재(12)는 바람직하게는 냉각 평면체 또는 냉각 리브(cooling fins) 형태 또는 이와 유사한 형태로 형성될 수 있다. 열 교환 부재(12)는 열 수송 매체에 대하여 열전도체(4)의 열 전달면을 최대한 확대하여 열전도체(4)와 주변장치 사이에서 열을 가장 효율적으로 전달하는 것이 유리하다.
다른 한편으로, 열 교환 부재(12)와 열전도체(4)는 갈바니 전지(3)를 냉각시킬 뿐 아니라 가열시키는 역할도 수행할 수 있다. 갈바니 전지(3)가 예를 들면 작동 온도 미만인 경우에는 열전도체(4)를 가열하고 이 열을 공동 접촉면을 통해 갈바니 전지(3)로 전달하여 갈바니 전지를 효과적으로 가열할 수 있다. 이 경우의 열 흐름은 화살표(10)로 표시한 방향과 반대 방향으로 이루어진다.
이 경우에도 예를 들면 갈바니 전지의 현재 온도를 초과하는 온도를 갖는 열 수송 매체가 열 교환 부재 주위를 흐르는 경우에 열 교환 부재(12)의 유리한 실시형태가 나타날 수 있다.
도 3은 하우징 부재(8,9)가 기체 또는 액체의 열 수송 매체가 관통할 수 있는 채널(13)을 갖는 본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태를 도시하고 있다. 본 발명의 상기 실시형태에서는 하우징부(8,9)와 열전도체(4) 사이의 접촉이 열을 전도하기에 특히 양호하게 이루어져 있어 갈바니 전지(3) 및 열 수송 매체가 관통하는 채널(13) 사이에 흐르는 열이 열 교환에 특히 효과적으로 기여할 수 있기 때문에 특히 유리하다.
도 4는 기체 또는 액체의 열 수송 매체가 관통할 수 있는 채널(14)이 열전도체(4) 자체에 관통되어 있는 본 발명의 또 다른 실시형태를 도시하고 있다. 본 발명의 상기 실시형태에서는 하우징부(8,9)가 열을 수송하지 않는 단열 하우징부로서 제공되는 것이 유리할 수 있다. 상기 실시형태의 또 다른 이점은 열원 또는 방열체, 즉 갈바니 전지(3)와 열 수송 매체 사이의 열 수송 경로가 본 명세서에 나타낸 본 발명의 다른 실시형태들에 비해 짧다는 점이다.
하우징부(8,9)가 단열 하우징부로서 제공될 수 있는 경우에서는 적어도 상기 하우징부를 통해 열 수송이 이루어지지 않기 때문에 하우징부(8,9)는 탄성체로서 제공될 수도 있다. 이렇게 함으로써 전기화학 전지(3)의 탄성 저장성을 더욱 개선할 수 있게 된다.
도 5와 도 6은 갈바니 전지(3)와 주변장치 사이의 열 수송 효과를 더욱 증대시키는 것과 관련하여 앞서 기재한 본 발명의 실시형태들의 조합을 도시하고 있다.
도 7은 전기화학("갈바니") 전지(3)를 열전도체(4)와 양면 접촉시켜 이들 전지의 냉각 및/또는 가열 효과를 더욱 증대시킬 수 있는 본 발명의 또 다른 실시형태를 개략적으로 도시하고 있다. 바람직하게는 하나의 전지(3)와 2개의 열전도체(4)로 구성된 집합체 사이 각각에 배치되어 압착되는 탄성체(5)에 의해 표면 압착이 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라 도시되어 있는 구성형태들의 이점은 서로 다르다. 이들 구성형태는 차량에서 발생할 수 있는 모든 힘을 갈바니 전지(3)로부터 배터리 하우징(2)으로 최대한 전달한다는 목적을 달성하기 위해 서로 다른 방법으로 기여한다. 이렇게 힘을 전달함으로써 갈바니 전지(3)의 진동 또는 갈바니 전지(3)와 배터리 하우징(2)의 상대적 이동이 발생하지 않도록 할 수 있다.
이때 열전도판 사이에는 열전도체(4) 또는 전지 표면 및 하우징의 구조체(8,9)에 고정될 때 체결판 역할도 하면서 열전도판 사이에서 소정의 표면 압착을 하는 섬유 복합판보다 더 많은 수의 전지(3)가 배치되는 것이 바람직하다. 이때 체결판(4)은 직교 질량력을 전극 포장재의 표면으로부터 중간 형상부(8,9)를 향한 화살표(10) 방향으로 또는 배터리 하우징에 직접 전달한다. 이외에도 상기 체결판은 갈바니 전지(3)의 표면으로부터 주변장치, 예를 들면 냉각 순환장치에 열을 전도하기 위한 열전도체(4)로서 기여하기도 한다.
바람직하게는 상기 체결판은 질량력을 공차없이 또한 갈바니 전지와 체결판 사이의 상대적 이동이 없도록 제공된다. 이를 가능하게 하는 실시형태는 체결판과 배터리 하우징 사이 또는 체결판과 중간 형상부(8,9) 사이를 나사 결합하는 것이다.
또 다른 가능성으로서 배터리 하우징과 중간 형상부 내에 홈을 마련하여 그 홈에 체결판을 끼워넣는 것이다. 이와 다르게, 체결판과 중간 형상부를 바람직하게는 일체형으로 구성하여 배터리 하우징에 나사결합할 수도 있다. 이 변형예에서는 프레임에 의해 둘러싸인 체결판을 사용할 수 있다. 이와 다르게, 상기 체결판과 배터리 하우징을 바람직하게는 일체형으로 구성할 수도 있다. 본 발명을 구현하기 위한 또 다른 가능성은 바닥판, 체결판 및/또는 중간 형상부를 배터리 하우징의 측벽 또는 뚜껑부와 연결하여 좌굴강도와 굴곡강도가 높은 지지 구조로 구성하는 것이다.
본 발명의 각 실시형태에서 상기 중간 형상부는 갈바니 전지(3)의 앞면으로부터 배터리 하우징(2)으로 수평 및 수직 질량력을 전달하기도 한다.
상기 갈바니 전지, 예를 들면 리튬이온 평판형 전지가 작동 중에 그 두께가 변하는 경우에는 2개의 갈바니 전지 사이 각각에서 탄성체(5)가 변형되어 상기 두께 변화를 보상할 수 있다.
본 발명의 몇몇 실시형태에서 마련된 채널은 열 수송 매체의 관로로서 이용되어 전기화학 에너지 저장장치의 냉각 또는 가열 효과를 개선한다. 이때 갈바니 전지의 최대 허용 작동 온도를 유지하는데 액체 냉각을 이용하는 것이 바람직하다. 이렇게 갈바니 전지를 냉각하면 운행 중인 차량뿐 아니라 정지 중인 차량에서, 특히 전기화학 에너지 저장장치의 충전시 전지에서 발생하는 열을 주변장치로 안전하게 발산시키거나 차량의 내부 난방을 위해 사용할 수 있게 된다.
이러한 액체 냉각은 바람직하게는 냉매 순환장치와 이와 연결된 열교환기에 의해 구현될 수 있다. 이와 다르게, 증발기, 응축기와 압축기를 구비한 냉매 순환장치 또는 냉동매 순환장치에 의해 구현될 수도 있다. 또한 상기 2개의 순환장치를 조합할 수도 있고 사용 목적에 따라 유리하게 조합할 수도 있다.
전기화학 에너지 저장장치는 차량의 운행, 정지와 충전 사이클에서 작동 범위를 최대화하고 운행 중인 차량의 에너지 소모를 최소화하기 위해 사용될 수 있는 열 저장장치로서 이용하는 것도 유리할 수 있다. 이를 위해 상기 전기화학 에너지 저장장치를 충전시 우선적으로 냉각하는 것이 유리하다.
다른 실시형태들과 조합될 수도 있는 본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 인접해 있는 저장 전지 사이의 공간에 잠열 저장장치가 배치된다. 상기 잠열 저장장치는 탄성체와 동일한 것이거나 탄성체에 수용된 것일 수 있고; 이들은 상기 열전도체에 일체화될 수도 있다. 바람직하게는 상기 잠열 저장장치는 전지 사이의 공간의 전체 길이와 폭에 걸쳐 연장되고 배터리의 작동 온도를 약간 넘는 용융열을 갖는 물질을 함유하는 것이 바람직하다. 이러한 물질의 용융열은 저장 전지의 손실되는 열을 흡수함으로써 전기화학 에너지 저장장치를 냉각하기 위해 이용할 수 있다. 일체화된 잠열 저장장치에 추가로 또는 선택적으로 외부에 설치된 열 저장장치와 열 교환이 이루어질 수도 있다.
갈바니 전지의 전체 길이와 폭에 걸쳐 연장되어 있는 열전도체가 제공된 본 발명에 따른 실시형태의 실질적인 이점은 저장전지로부터 방출된 열이 갈바니 전지의 전체 길이와 폭에 걸쳐 발산되어 저장 전지의 표면과 내부에서의 수직 및 수평 온도구배를 감소시킬 수 있다는 점이다.
열교환기를 이용할 때에는 열교환기를 모든 갈바니 전지로부터 실질적으로 동일한 거리에 있도록 배치하는 것이 특히 유리하다. 이러한 방법에 의해 갈바니 전지 사이에는 적어도 대체적으로 균일한 온도분포가 보장될 수 있다. 본 발명에 따른 전기화학 에너지 저장장치는 일체화된 냉각부와 별도의 열교환기 및 일체화된 잠열 저장장치로 이루어진 조합된 시스템을 구비하는 것이 특히 유리하다. 필요시 상기 열교환기에는 전기에 의해 작동하는 가열 부재가 일체화되어 어떠한 경우에도 전기화학 에너지 저장장치의 평형온도를 유지하도록 할 수도 있다.
차량의 탑승실을 공조하기 위해서 바람직하게는 증발기(evaporator), 팽창밸브(expansion valve), 집진기(collector) 또는 건조기(drier), 응축기(condenser) 및 바람직하게는 전기 구동 압축기(electrically driven compressor)를 포함하는 냉각 순환장치를 제공하는 것이 유리하다.
충방전시 전기화학 에너지 저장장치에서 발생되어 버려지는 열을 흡수하기 위한 전기화학 에너지 저장장치의 열용량을 최대한 효율적으로 이용하기 위해서, 방전과정이 끝날 때 전기화학 에너지 저장장치의 최대 허용 온도까지 정확히 도달되도록 배터리의 냉각을 조절하는 것이 유리하므로 바람직하다. 이러한 방법으로 충방전시 발생되어 버려지는 에너지의 상당 부분을 최대한 전기화학 에너지 저장장치의 열용량을 통해 저장할 수 있다.
이를 위해 배터리 가열을 조절하기 위한 온도 규정치를 가능한 한 낮게, 바람직하게는 최소 허용 작동 온도를 약간 넘도록 조정하는 것이 일반적으로 유리하다. 이때 대체로 열에너지가 전기화학 에너지 저장장치의 냉각을 통해 발산되기 전에 열용량을 먼저 완전하게 활용하면 전기화학 에너지 저장장치의 에너지 균형에 있어서 특히 유익하게 작용한다.
도면을 참조로 하는 본 발명의 기재내용과 관련하여 다음과 같은 참조부호가 이용된다:
1 전기화학 에너지 저장장치
2 하우징
3 전기화학(갈바니) 전지
4 열전도체
5 탄성체
6, 7, 8, 9 하우징부, 하우징 상부 또는 내부의 구조체
10 힘 또는 열 흐름 방향을 나타내는 화살표
11 힘 방향을 나타내는 화살표
12 열 교환 부재
13 하우징 또는 각각 중간 형상부의 내부 채널
14 열전도체 내부의 채널
15 커넥터, 전기 접속 접촉부

Claims (12)

  1. 다수 개의 평판형 갈바니 전지(3)가 배치되어 있는 하우징(2)을 포함하는 에너지 저장장치(1)에 있어서,
    평판형 열전도체(4) 및/또는 평판형 탄성체(5)가 2개의 인접 평판형 갈바니 전지 사이에 각각 배치되어 있는 것인 전기화학 에너지 저장장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 평판형 갈바니 전지, 상기 평판형 열전도체 및/또는 상기 평판형 탄성체는 그 접촉면에서 서로에 대해 표면 압착에 대응하는 힘(11)이 가해지는 것인 전기화학 에너지 저장장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 하우징(2)은 적어도 하나의 열전도체(4)가 끼워져 있는 구조 또는 구조들(8,9)을 구비한 적어도 하나의 벽을 포함하여 상기 열전도체가 상기 접촉면에 작용하는 힘의 방향(11)으로 위치 이동할 수 없도록 하는 것인 전기화학 에너지 저장장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열전도체(4)는 상기 하우징(2)으로부터 돌출해 있는 열 교환 부재(12)와 연결되어 열을 전도하는 것인 전기화학 에너지 저장장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열전도체(4)는 기체 또는 액체 열 수송 매체가 관통할 수 있는 채널(13)을 갖는 하우징부(8,9)와 연결되어 열을 전도하는 것인 전기화학 에너지 저장장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열전도체(4)는 기체 또는 액체 열 수송 매체가 관통할 수 있는 채널(14)을 갖는 것인 전기화학 에너지 저장장치.
  7. 다수 개의 평판형 갈바니 전지(3)가 배치되어 있는 하우징(2)을 포함하는 전기화학 에너지 저장장치(1)의 냉각 또는 가열방법에 있어서,
    평판형 열전도체(4) 및/또는 평판형 탄성체(5)가 2개의 인접 평판형 갈바니 전지 사이에 각각 배치되는 것인 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 평판형 갈바니 전지(3), 상기 평판형 열전도체(4) 및/또는 상기 평판형 탄성체(5)는 그 접촉면에서 서로에 대해 표면 압착에 대응하는 힘(11)이 가해지는 것인 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 하우징(2)이 적어도 하나의 열전도체(4)가 끼워져 있는 구조 또는 구조들(8,9)을 구비한 적어도 하나의 벽을 포함하여 상기 열전도체가 상기 접촉면에 작용하는 힘(11)의 방향으로 위치 이동할 수 없는 것인 방법.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열전도체(4)가 상기 하우징(2)으로부터 돌출해 있는 열 교환 부재(12)와 연결되어 열을 전도하는 것인 방법.
  11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열전도체(4)가 기체 또는 액체 열 수송 매체가 관통할 수 있는 채널(13)을 갖는 하우징부(8,9)와 연결되어 열을 전도하는 것인 방법.
  12. 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    열전도체(4)가 기체 또는 액체의 열 수송 매체가 관통할 수 있는 채널(14)을 갖는 것인 방법.
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