KR20130102964A - 대용량 에너지 저장장치의 셀 카트리지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 대용량 에너지 저장장치에 관한 것이다.
본 발명은 다수의 단전지를 단위 유니트로 구비하여 결합 및 분리가 용이하도록 구비함으로써, 조립성 및 생산성이 크게 향상할 수 있고, 상기 유니트를 저장 용량에 따라 조절 및 변경하여 전류 및 전압 용량을 변경할 수 있도록 함으로써, 저장 용량에 구애받지 않고 다양한 용량을 저장할 수 있다.
또한 본 발명은 카트리지 내에 상,하로 삽입 결합된 유니트들이 개방부위 및 순환구를 통해 열 방출 및 통풍이 이루어지도록 함으로써, 축전시 유니트 간에 열로 인한 손상 및 안정성 저하의 문제가 해결될 수 있게 된다.

Description

대용량 에너지 저장장치의 셀 카트리지{LARGE CAPACITY ENERGY STORAGE APPARATUS OF CELL CARTRIDGE}
본 발명은 대용량 에너지 저장장치에 관한 것으로, 상세하게는 풍력, 태양광, 신재생 에너지 발생기로부터 발생 전력 및 잉여 전력을 대용량으로 저장하기 위한 대용량 에너지 저장장치의 셀 카트리지에 관한 것이다.
최근 전력산업의 패러다임 변화는 저탄소 녹색성장으로 신재생 에너지의 확대로 인한 스마트 그리드로의 변화를 가속화하는 상황이 도래하였다.
그런데 종래의 전력망은 화력, 원자력과 같은 중앙 집중형 발전으로 전력을 생산하고 송전망을 통해 수요처에 전달하는 방식으로 상기 생산된 전력을 공급하도록 되어 있다.
그래서 상기 전력을 수요처로 공급시 장거리 송전시설이 필요하게 되고, 상기 송전설비는 수요처에 전력을 공급하는 방식에 초점을 두어 시설하게 되므로, 설비의 고장과 이로 인한 정전사고 등에는 취약한 구조를 가지고 있다.
또한 계절별로 발생하는 최대 피크 전력 수요에 대응하기 위하여 대규모 예비전력이 필요하게 되었으나, 전력 설비의 이용률이 낮아 비효율적인 전력시스템으로 구성되는 경우가 많다.
향후 전력수요 전망을 보면 지속적으로 증가하는 추세에 있으며 전력 수급에 있어 공급 부족과 잉여 전력의 폭이 점차 커져 신규 발전설비 건설의 부담과 설비 활용률 저하라는 이중고에 시달리게 되는 문제점이 예상된다.
최근에 신 재생에너지를 활용한 전력공급 비중이 점차 커지면서 전력품질 문제에 대한 대안으로 대용량 에너지 저장장치에 대한 관심이 집중되고 있으며, 이 일환으로 메가 와트(MW)급 전력저장시설의 확대로 분산형 전력 저장시스템을 구축하여 잉여 전력을 저장하였다가 전력수요가 높은 지역이나 시기에 원활하고 안정적인 전력 공급과 수급이 이루어질 수 있도록 하는 것이 전 세계적인 과제로 부상하고 있으며, 그에 대한 대안으로 대용량 에너지 저장장치가 각광받게 되었다.
이 일환으로 종래의 에너지 저장장치의 셀 카트리지는 다수의 단위 전지들을 단자판에 삽입한 후, 상기 단위 전지를 직병렬 접속하고 부스바로 서로 연결하고, 접속부가 구비된 유니트케이스에 삽입하여 이루어진 유니트팩들과; 상기 유니트팩들을 카트리지 케이스에 삽입하여 유니트팩 조합형 셀 카트리지로 구성하였다.
또는 다수의 단위전지를 케이스에 삽입하되, 간격유지부를 이용하여 다수의 단위전지를 삽입하고 접속단으로 다수의 단위전지들을 직,병렬로 접속하여 셀 카트리지를 구성하였다.
그러나, 상기 에너지 저장장치들은 가정이나 사무실에서 사용하는 소용량 에너지 저장장치에 불과할 뿐, 메가 와트의 대용량 에너지 저장장치를 구현하기 위해서는 상기 에너지 저장장치를 다수로 결합하지 않으면 불가능하다.
설령 상기 에너지 저장장치를 다수의 결합으로 대용량 에너지 저장장치를 구현한다 하더라도, 전체적인 장치의 크기와 체적이 내,외부적으로 커질 뿐만 아니라, 장치와 장치 간에 결합 구성이 복잡하고, 복잡한 결합 구성에 의한 오류 및 절연 등의 제반 문제점을 가지게 되었다.
따라서 상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 과제는 전체적인 크기와 체적을 작게 하면서 대용량의 에너지를 저장할 수 있는 대용량 에너지 저장장치의 셀 카트리지를 제공하는 데 있다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 과제는 대용량 에너지 저장시 셀 카트리지 간에 결합을 용이함은 물론 이상이나 불량 시 쉽게 분리 교체할 수 있는 대용량 에너지 저장장치의 셀 카트리지를 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 수단은 전기를 충전하는 단전지; 상기 단전지를 다수로 삽입하여 고정하는 트레이; 상기 트레이를 다수로 삽입 결합하여 하나의 단위로 형성하는 유니트; 상기 유니트를 다수로 결합하고 상기 결합된 다수의 유니트들을 상부와 하부에 삽입 결합하는 카트리지; 및 상기 카트리지에 삽입 결합 된 다수의 유니트를 전기적으로 접속하는 접속구를 포함한다.
본 발명에서 상기 트레이는 직방체로 형성되고 길이방향으로 단전지가 삽입되는 다수의 삽입구를 형성하는 판체; 상기 판체의 삽입구 일측과 타측에 상기 판체의 길이방향으로 상기 삽입구에 삽입되는 단전지의 전극단자를 지지하는 지지대; 및 상기 지지대에 포개져 상기 단전지의 전극단자를 고정하는 고정대로 구비한다.
본 발명에서 상기 트레이는 삽입 고정된 다수의 단전지들이 병렬로 접속되게 구비한다.
본 발명에서 상기 유니트는 일측과 타측이 개방된 사각체; 상기 사각체의 내측에 다수의 단전지가 삽입 고정된 다수의 트레이를 세워서 횡방향으로 삽입 결합하여 구비한다.
본 발명에서 상기 유니트는 삽입 결합된 다수의 트레이를 병렬로 접속되게 구비한다.
본 발명에서 상기 카트리지는 일측과 타측면이 개방되고, 내측이 상하로 분할된 사각 케이스로 구비하되, 상기 상하로 분할된 사각 케이스의 내측 분할면과 상,하면 및 측면에는 내부의 공기순환 및 외부로 공기를 순환하는 순환구; 상기 상면의 중앙 전면에는 인터페이스회로부를 구비한다.
본 발명에서 상기 카트리지는 내측 상하부에 삽입결합되는 다수의 유니트들이 서로 직렬 배열로 구비한다.
본 발명에서 상기 접속구는 길이가 길고 폭이 넓은 판상의 제1 승압용 부스바; 상기 제1 승압용 부스바 보다 길이만 짧은 판상의 제2 승압용 부스바; 상기 제1 승압용 부스바 보다 길이가 길지 않고 폭도 좁은 판상의 절연 부스바로 구비하되, 상기 제1 승압용 부스바는 유니트와 유니트를 횡으로 결합하고, 상기 제2 승압용 부스바는 유니트와 유니트를 종으로 결합하며, 상기 절연 부스바는 유니트와 유니트간에 공간 절연을 위해 상기 유니트와 유니트를 종으로 결합하는 제2 승압용 부스바의 하부에 삽입하여 결합한다.
상기 과제 해결 수단에 따른 본 발명은 다수의 단전지를 단위 유니트로 구비하여 결합 및 분리가 용이하도록 구비함으로써, 조립성 및 생산성이 크게 향상할 수 있다.
또한 본 발명은 유니트를 저장 용량에 따라 조절 및 변경하여 전류 및 전압 용량을 변경할 수 있도록 함으로써, 저장 용량에 구애받지 않고 다양한 용량을 저장할 수 있다.
또한 본 발명은 카트리지 내에 상,하로 삽입 결합된 유니트들이 개방부위 및 순환구를 통해 열 방출 및 통풍이 이루어지도록 함으로써, 축전시 유니트 간에 열로 인한 손상 및 안정성 저하의 문제가 해결될 수 있게 된다.
도 1은 본 발명 대용량 에너지 저장장치의 셀 카트리지 분해 사시도
도 2는 본 발명 대용량 에너지 저장장치의 셀 카트리지 결합 사시도
도 3은 본 발명 대용량 에너지 저장장치의 셀 카트리지의 트레이 사시도
도 4는 본 발명 대용량 에너지 저장장치의 셀 카트리지의 유니트 사시도
도 5는 본 발명 대용량 에너지 저장장치의 셀 카트리지의 카트리지 사시도
이하 첨부되는 도면에 의거 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명 대용량 에너지 저장장치의 셀 카트리지 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명 대용량 에너지 저장장치의 셀 카트리지 결합 사시도이다.
본 발명의 셀 카트리지(10)는 도 1에 도시한 바와 같이, 전기를 충전하는 단전지(11); 상기 단전지(11)를 삽입하어 고정하는 트레이(12); 상기 트레이(12)를 다수로 삽입 결합하여 하나의 단위로 형성하는 유니트(13); 및 상기 유니트(13)를 다수로 결합하고. 다수로 결합된 유니트(13)를 상,하부로 삽입하여 결합하는 카트리지(14); 상기 카트리지(14)에 삽입된 유니트(13)를 전기적으로 접속하는 접속구(15)로 구성된다.
따라서 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 카트리지(14)에는 다수의 단전지(11)가 삽입 고정된 트레이(12)를 다수 결합하여 하나의 유니트(13)로 형성하고, 상기 유니트(13)를 카트리지(14)의 내측 상,하부에 삽입한다.
이때 상기 카트리지(14)에 상,하부로 삽입되는 상기 다수의 유니트(13)는 상부와 하부의 유니트(13)의 극성(+)(-)을 횡방향으로 교호로 삽입하고, 상기 유니트(13)는 접속구(15)의 제1 승압용 부스바(151), 제2 승압용 부스바(152) 및 절연 부스바(153)로 서로 결합하되, 상기 유니트(13) 간에 직렬 결합하게 된다.
즉 상기 접속구(15)의 제1 승압용 부스바(151)는 상기 카트리지(14)의 상부에 삽입 결합된 다수의 유니트(13)와 하부에 삽입 결합된 다수의 유니트(13)에 서로 대각선상으로 대칭되게 결합하고, 상기 제2 승압용 부스바(152)는 상부에 삽입 결합된 다수의 유니트(13)와 하부에 삽입 결합된 다수의 유니트(13)를 결합하되, 상기 제2 승압용 부스바(152)는 하부에 상기 유니트(13) 간에 공간 절연을 위해 절연 부스바(153)를 삽입하여 결합하게 된다.
그러므로 상기 카트리지(14)의 삽입 결합된 다수의 유니트(13)들을 직렬로 연결되게 되어 다수의 유니트(13)들의 직렬 연결로 대용량 전기를 충,방전할 수 있게 된다.
도 3은 본 발명 대용량 에너지 저장장치의 셀 카트리지의 트레이 사시도로서, 상기 단전지(11)는 전압을 축전하는 셀(cell)로서, 통상적으로 리튬이온(Li-ion), 리튬이온 폴리머(Li-ion Polymer), 니켈-카드뮴(Ni-Cd), 니켈-메탈하이드라이드(Ni-MH), 납축전지(Lead-Acid) 등이 될 수 있다.
상기 트레이(12)는 전기를 충전하는 단전지(11)가 삽입 고정되고 서로 병렬로 접속되게 되며, 상기 트레이(12)는 직방체로 형성되는 판체(121)에 길이방향으로 단전지(11)가 삽입되는 다수의 삽입구(122)를 형성하게 되고, 상기 판체(121)의 삽입구(122)의 일측과 타측에 상기 판체(121)의 길이방향으로 상기 삽입구(122)에 삽입되는 단전지(11)의 전극단자를 지지하는 지지대(123) 및 상기 지지대(123)에 포개져 상기 단전지(11)의 전극단자를 고정하는 고정대(124)로 구성된다.
그러므로 상기 판체(121)의 삽입구(122)에 단전지(11)를 삽입하고, 상기 삽입구(122)에 삽입된 단전지(11)의 단자를 지지대(123)로 지지시킨 후, 상기 지지대(123)에 고정대(124)를 포개어 밀착 고정함으로써, 다수의 단전지(11)가 트레이(12)로부터 쉽게 이탈되지 않게 고정되고, 상기 단전지(11)를 병렬로 접속 결합한 트레이(12)를 형성하게 된다.
도 3은 본 발명 대용량 에너지 저장장치의 셀 카트리지의 유니트 사시도로서, 상기 유니트(13)는 다수의 트레이(12)들을 삽입 결합하게 되며, 상기 유니트(13)는 일측과 타측이 개방된 사각체로 형성되는 케이스(131)로 구비되고, 상기 케이스(131)의 내측에는 다수의 단전지(11)가 삽입 고정된 다수의 트레이(12)를 세워서 횡방향으로 삽입 결합하여 구비하게 되며, 상기 유니트(13)에 삽입 결합된 다수의 트레이(12)는 병렬로 접속되게 구비된다.
이때 유니트(13)에는 트레이(12)를 적어도 하나 이상으로 하여 횡방향으로 삽입 결합하게 되며, 상기 유니트(13)는 충전 용량에 따라 트레이(12)를 증,감하면서 삽입 결합하여 형성하게 된다.
그러므로 상기 유니트(13)는 하나의 충전지로 전기를 충전하게 된다.
도 5는 본 발명 대용량 에너지 저장장치의 셀 카트리지의 카트리지 사시도로서, 상기 카트리지(14)는 일측과 타측면이 개방되고, 내측이 상하로 분할된 사각 케이스(141)로 구비하되, 상기 상하로 분할된 사각 케이스(141)의 내측 분할면과 상,하면 및 측면에는 내부의 공기순환 및 외부로 공기를 순환하는 순환구(142)를 구비하고, 상기 상면의 중앙 전면에는 인터페이스회로부(143)를 구비하며,
여기서 상기 카트리지(14)의 상,하면과 내측 분리면에 형성되는 순환구(142)는 상기 다수의 유니트(13)에 원활한 공기순환을 위해 망 형태로 형성되고, 상기 카트리지(14)는 측면에 형성되는 순환구(142)는 다른 결합으로 인한 외력으로부터 내부를 보호하기 위해 상부,하부에 길이방향으로 형성하게 된다.
그리고 상기 카트리지(14)의 양측면 앞단 상부와 하부에는 일측이 양측면에 고정되고, 타측은 삽입 결합되는 유니트(13)를 고정하여 상기 유니트(13)의 이탈방지 및 고정하는 고정구(144)를 형성하게 된다.
상기 카트리지(14)의 전면 상단에는 전압 축전, 방전상태 및 전압을 축전하고 축전된 전압을 출력하는 컨넥터 및 인터페이스 회로부(143)가 결합되게 된다.
그러므로 카트리지(14)는 상기 다수의 유니트(13)로 결합되어 있는 다수의 단전지(11)에 전압이 축전되게 되며, 상기 축전 중에 다수의 단전지(11)에서 발생되는 열은 상,하면과 내측 분리면에 형성된 망 형상의 순환구(142)에 의해 내부 열을 외부로 순환시키게 되어 열로 인한 고장 및 손상을 방지하면서 축전을 할 수 있게 된다.
뿐만 아니라 상기 카트리지(14)는 다수의 단전지(11)를 트레이(12)로 결합하고, 상기 트레이(12)는 유니트(13)에 다수로 결합하며, 상기 유니트(13)는 다수를 상,하부에 복층으로 결합 형성함으로써, 전체적인 크기와 체적을 작게 하면서 대용량의 에너지를 저장할 수 있고, 또한 이상이나 불량 시 상기 유니트(13) 단위별로 쉽게 분리 교체할 수 있게 되는 것이다.
10; 셀 카트리지 11; 단전지
12; 트레이 121; 판체
122; 삽입구 123; 지지대
124; 고정대 13; 유니트
131; 케이스 14; 카트리지
141; 사각 케이스 142; 순환구
143; 인터페이스회로부 144; 고정구
15; 접속구 151; 제1 승압용 부스바
152; 제2 승압용 부스터 153; 절연용 부스터
153; 절연 부스바

Claims (8)

  1. 전기를 충전하는 단전지;
    상기 단전지를 다수로 삽입하여 고정하는 트레이;
    상기 트레이를 다수로 삽입 결합하여 하나의 단위로 형성하는 유니트;
    상기 유니트를 다수로 결합하고 상기 결합된 다수의 유니트들을 상부와 하부에 삽입 결합하는 카트리지; 및
    상기 카트리지에 삽입 결합 된 다수의 유니트를 전기적으로 접속하는 접속구를 포함하는 대용량 에너지 저장장치의 셀 카트리지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 트레이는 직방체로 형성되고 길이방향으로 단전지가 삽입되는 다수의 삽입구를 형성하는 판체;
    상기 판체의 삽입구 일측과 타측에 상기 판체의 길이방향으로 상기 삽입구에 삽입되는 단전지의 전극단자를 지지하는 지지대; 및
    상기 지지대에 포개져 상기 단전지의 전극단자를 고정하는 고정대로 구비하는 대용량 에너지 저장장치의 셀 카트리지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 트레이는 삽입 고정된 다수의 단전지들이 병렬로 접속되게 구비하는 대용량 에너지 저장장치의 셀 카트리지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유니트는 일측과 타측이 개방된 사각체;
    상기 사각체의 내측에 다수의 단전지가 삽입 고정된 다수의 트레이를 세워서 횡방향으로 삽입 결합하여 구비하는 대용량 에너지 저장장치의 셀 카트리지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 유니트는 삽입 결합된 다수의 트레이를 병렬로 접속되게 구비하는 대용량 에너지 저장장치의 셀 카트리지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 카트리지는 일측과 타측면이 개방되고, 내측이 상하로 분할된 사각 케이스로 구비하되, 상기 상하로 분할된 사각 케이스의 내측 분할면과 상,하면 및 측면에는 내부의 공기순환 및 외부로 공기를 순환하는 순환구; 상기 상면의 중앙 전면에는 인터페이스회로부를 구비하는 대용량 에너지 저장장치의 셀 카트리지.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 카트리지는 내측 상하부에 삽입결합되는 다수의 유니트들이 서로 직렬 배열로 구비되는 대용량 에너지 저장장치의 셀 카트리지.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 접속구는 길이가 길고 폭이 넓은 판상의 제1 승압용 부스바;
    상기 제1 승압용 부스바 보다 길이만 짧은 판상의 제2 승압용 부스바;
    상기 제1 승압용 부스바 보다 길이가 길지 않고 폭도 좁은 판상의 절연 부스바로 구비하되, 상기 제1 승압용 부스바는 유니트와 유니트를 횡으로 결합하고, 상기 제2 승압용 부스바는 유니트와 유니트를 종으로 결합하며, 상기 절연 부스바는 유니트와 유니트간에 공간 절연을 위해 상기 유니트와 유니트를 종으로 결합하는 제2 승압용 부스바의 하부에 삽입하여 결합하는 것을 특징으로 하는 대용량 에너지 저장장치의 셀 카트리지.
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