KR20190079798A - 고출력 배터리 또는 콘덴서 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고출력 배터리 또는 콘덴서 모듈에 관한 것으로서, 케이스, 전해액, 배터리 셀 및 열 교환 장치를 포함하여 구성되되; 케이스의 내부에는 챔버가 구비되고, 열 교환 장치는 케이스의 챔버에 연결됨으로써 공동으로 하나의 밀폐된 유체 순환 공간을 구성하며, 전해액은 챔버 내부에 충전되고, 배터리 셀은 케이스의 챔버 내부에 배치되며, 배터리 셀은 전해액과의 전기적 절연이 유지된 상태에서 전해액에 함침되고, 열 교환 장치는 순환적으로 전해액을 챔버로부터 유출시킨 다음 챔버로부터 유출된 전해액의 온도를 낮추며, 이어서 다시 입구를 통하여 온도가 낮추어진 전해액을 챔버로 유입시킬 수 있고; 본 발명의 바람직한 실시예는 전해액의 이온 농도를 자동으로 탐지 및 유지시키기 위한 이온 농도 자동 평형 장치를 더 포함하여 구성되며; 본 발명은 전해액을 고출력 배터리 또는 콘덴서 모듈의 냉각액으로 사용함으로써 고출력 배터리 또는 콘덴서 모듈의 충방전 조작 과정 중의 발열 문제를 해결하고 배터리 및/또는 콘덴서 시스템의 수명을 연장시킬 수 있다.

Description

고출력 배터리 또는 콘덴서 모듈{High power battery or condenser module}
본 발명은 2차 전지의 온도 제어 분야에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전해액을 냉각액으로 사용하는 고출력 배터리 또는 콘덴서 모듈에 관한 것이다.
화석 연료를 사용하는 휘발유 또는 디젤유 차량으로 인하여 초래되는 오염(예를 들면 공기 오염) 문제를 감소하기 위하여, 현재 전기 자동차(EV), 하이브리드 자동차(HEV) 및 플러그인 하이브리드 자동차(Plug-in HEV)가 점차 미래의 차량으로 발전되는 추세를 보이고 있다. 일반적으로, 차량에 사용되는 동력 배터리는 복수개의 배터리 셀(battery cell)을 포함하여 구성되는 바, 그 중, 동력 배터리의 배터리 셀에 가장 많이 사용되는 것은 리튬 이온 배터리(LIB)이고, 일반적으로, 패키징된 복수개 배터리 셀을 서로 직렬/병렬 연결함으로써 다시 배터리 모듈/배터리 팩으로 패키징하게 되는데, 차량에 필요한 전력에 의하여 통상적으로 복수개의 배터리 모듈/배터리 팩을 사용하고, 상기 배터리 모듈/배터리 팩은 수천개의 배터리 셀을 포함하여 구성된다.
상기와 같은 전력을 사용하는 차량은 불가피한 기술적 문제 즉 동력 배터리의 충방전 조작 과정 중의 발열 문제에 봉착하게 된다. 온도는 동력 배터리의 수명 및 안전성에 영향을 주는 관건적인 요소로서, 배터리의 온도가 너무 높으면 배터리 내부의 부가 반응이 격화되어 배터리의 수명이 단축되고, 심각한 경우에는 과열이 발생하여 배터리의 발화 또는 폭발 등 안전 문제를 초래할 가능성이 있다. 리튬 이온 배터리의 적절한 취급 온도는 25℃ 내지 40℃이다. 따라서, 동력 배터리의 온도 관리는 연구의 중점이 되어 있다.
전기 자동차와 같은 여라가지 응용에는 모두 고출력 배터리 및/또는 콘덴서 시스템이 필요하다. 현재에는 패키징된 배터리 및/또는 콘덴서 유닛 주위에서 공기, 액체 또는 고체 유형의 냉각 매질을 사용하는 것 이외에 여타 어떠한 방법도 없는 실정이다.
이미 알려져 있는 리튬 이온 전지를 사용하는 동력 배터리의 온도 제어 방법은 기체 냉각, 액체 냉각 및 위상 변화 재료(PCM) 냉각 등 세가지 방법으로 구분된다. 예를 들면 이미 공개된 미국 특허 제2011059347호에서는 기체 냉각 방식으로 방열하는 배터리 모듈을 제시하였는 바, 복수개의 판형 배털리 유닛 사이의 두개 또는 그 이상의 포트에 방열 부재를 삽입하고 방열 부재를 통과하는 공기를 냉각제로 사용한 것이다. 예를 들면 중국 특허 제CN202076386U호에서는 배터리 온도 제어 시스템을 공개하였는 바, 배터리 팩, 열 교환 시스템 및 온도 제어 장치를 포함하여 구성되고; 열 교환 시스템은 열 교환기, 냉각액 순환 관로 및 냉각제 순환 관로를 포함하여 구성되며; 상기 특허 기술은 공기가 아닌 냉각액을 매질로 사용하였고 열 교환 방식을 사용하여 배터리를 냉각 또는 가열시키도록 한 것이다. 예를 들면 이미 공개된 미국 특허 제20100279154호 '배터리 냉각에 사용되는 배터리 및/또는 콘덴서 모듈'에서는 위상 변화 재료를 냉각제로 사용하는 배터리 방열 기술을 제시하였는 바, 기본적으로 압축기 및 냉각기로 구성된 냉각 시스템에서 냉각제(예를 들면 틸렌글리콜) 또는 냉각제(예를 들면 R-11 및 R134A)를 냉각제로 사용한 것이다.
상기와 같은 이미 공지된 여러가지 특허 기술은 기본적으로 배터리/콘덴서 세트의 외부에 냉각 모듈을 구축한 것이다. 상기와 같은 모든 특허 기술은 배터리 및/또는 콘덴서 배터리/모듈 주위의 냉각 구조를 개선한 것이거나 또는 다양한 재료를 배터리/콘덴서 모듈 외부의 냉각판 또는 방열 부재로 사용하는데 주목한 것이다. 상기와 같은 특허 기술은 배터리/콘덴서와 냉각 시스템을 두개의 독립적인 부분으로 명확하게 구분하였다. 이와 같이 배터리 및 냉각 부분을 분리시킨 구조는 배터리의 냉각 효과에 있어서 많은 한계를 가지고 있다. 이는 일반적인 리튬 이온 전지는 주로 양극(Anode, 흑연을 예로 듬), 음극(Cathode, 리튬을 예로 듬), 전해질 및 격리판(Separator)으로 구성되고, 전해질은 대부분 배터리에서 통상적으로 액체 상태이기 때문에 전해액으로도 불리운다. 하지만, 산화 및 습기 현상을 방지하기 위하여, 전극, 전해질 및 이에 필요한 격리판은 영구적으로 밀폐된 포장으로 패키징된다. 포장 재료는 또한 열전도를 감소시키기 때문에 전해액이 직접 열을 전도할 기회가 적어지게 된다. 상기와 같은 이미 공지된 종래 특허 기술에 따른 냉각 방법은 모두 배터리 모듈/배터리 팩 외부의 온도를 낮추기 위한 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 고출력 배터리 또는 콘덴서 모듈의 충방전 조작 과정 중의 발열 문제를 해결할 수 있는 고출력 배터리 또는 콘덴서 모듈을 제공하기 위한 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 고출력 배터리 또는 콘덴서 모듈의 일 실시예는 케이스, 전해액, 패키징되지 않은 배터리 셀 및 열 교환 장치를 포함하여 구성되되; 그 중, 케이스는 경질 또는 연질의 용기일 수 있고, 케이스의 내부에는 하나의 챔버가 구비되며, 케이스에는 챔버의 내부와 연통되는 하나의 입구 및 하나의 출구가 구비되고; 전해액은 챔버의 내부에 충전되며; 패키징되지 않은 배터리 셀은 케이스의 챔버 내부에 배치되고, 배터리 셀은 전해액에 함침되며, 하나의 제1 전극은 케이스의 외부에 배치되어 배터리 셀의 양극과 전기적으로 연결되고, 하나의 제2 전극은 케이스의 외부에 배치되어 배터리 셀의 음극과 전기적으로 연결되며; 열 교환 장치는 케이스의 입구 및 상기 출구에 연결되고, 열 교환 장치는 챔버와 함께 하나의 밀폐된 유체 순환 공간을 구성하며, 열 교환 장치는 순환적으로 출구를 통하여 전해액을 챔버로부터 유출시킨 다음 챔버로부터 유출된 전해액의 온도를 낮추고, 이어서 다시 입구를 통하여 온도가 낮추어진 전해액을 챔버로 유입시킨다. 본 발명은 전해액을 고출력 배터리 또는 콘덴서 모듈의 냉각액으로 사용함으로써, 직접 내부로부터 패키징되지 않은 배터리 셀을 생각시킴에 따라 고출력 배터리 또는 콘덴서 모듈의 충방전 조작 과정 중의 발열 문제를 해결할 수 있다.
본 발명의 더 바람직한 실시예에 따른 고출력 배터리 또는 콘덴서 모듈은 챔버 내부의 전해액의 이온 농도(carrier concentration)를 탐지하기 위한 하나의 이온 농도 자동 평형 장치를 더 포함하여 구성됨으로써, 비교적 낮은 이온 농도가 감지된 경우에 높은 농도의 동일한 전해액을 챔버 또는 열 교환기의 내부로 보충 주입시킬 수 있다. 이에 따라, 패키징되지 않은 배터리 셀의 전극이 안정한 이온 농도를 유지할 수 있도록 함으로써, 리튬 이온의 감소로 인하여 초래되는 순환 수명 중의 배터리 감쇄 현상을 줄이고 또한 배터리 또는 콘덴서 모듈의 수명을 연장시킬 수 있다.
본 발명의 더 바람직한 실시예에 따른 고출력 배터리 또는 콘덴서 모듈은 하나의 충전 장치를 더 포함하여 구성되되, 충전 장치는 하나의 외부 전원, 하나의 제1 전극 및 하나의 제2 전극과 전기적으로 연결되고, 충전 장치는 외부 전원으로부터 공급되는 전력을 이용하여 배터리 셀에 대하여 충전을 실행한다.
본 발명에 따른 고출력 배터리 또는 콘덴서 모듈의 바람직한 구조에 있어서, 그 중 열 교환 장치는 하나의 열 교환기 및 하나의 펌프를 포함하여 구성되되, 열 교환기 및 펌프는 관로를 통하여 케이스의 입구 및 출구와 연결되고, 펌프는 순환적으로 출구를 통하여 전해액을 챔버로부터 유출시킨 다음 열 교환기를 통하여 챔버로부터 유출된 전해액의 온도를 낮추며, 이어서 다시 입구를 통하여 온도가 낮추어진 전해액을 챔버로 유입시킨다.
본 발명에 따른 고출력 배터리 또는 콘덴서 모듈의 바람직한 구조에 있어서, 그 중 열 교환 장치는 충전 파일(pile)에 배치되되, 충전 파일에는 하나의 충전 건(gun)이 구비되고, 충전 건에는 하나의 제1 파이프 커넥터 및 하나의 제2 파이프 커넥터가 설치되며, 제1 파이프 커넥터는 케이스의 입구와 연결되고, 제2 파이프 커넥터는 케이스의 출구와 연결되며, 열 교환 장치의 열 교환기의 열 교환 매질 입구 및 출구는 충전 파일의 충전 건의 제1 파이프 커넥터 및 제2 파이프 커넥터에 연결된다.
본 발명의 일 방면에서 차량용 고출력 배터리 또는 콘덴서 모듈 및 그 충전 장치에 관한 것으로서, 케이스, 전해액, 패키징되지 않은 배터리 셀, 열 교환 장치 및 하나의 충전 장치를 포함하여 구성되되; 그 중, 케이스는 경질 또는 연질의 용기일 수 있고, 케이스의 내부에는 하나의 챔버가 구비되며, 케이스에는 챔버의 내부와 연통되는 하나의 입구 및 하나의 출구가 구비되고; 전해액은 챔버의 내부에 충전되며; 패키징되지 않은 배터리 셀은 케이스의 챔버 내부에 배치되고, 배터리 셀은 전해액에 함침되며, 하나의 제1 전극은 케이스의 외부에 배치되어 배터리 셀의 양극과 전기적으로 연결되고, 하나의 제2 전극은 케이스의 외부에 배치되어 배터리 셀의 음극과 전기적으로 연결되며; 그 중 열 교환 장치는 케이스의 입구 및 출구에 연결되고, 열 교환 장치는 챔버와 함께 하나의 밀폐된 유체 순환 공간을 구성하며, 열 교환 장치는 순환적으로 출구를 통하여 전해액을 챔버로부터 유출시킨 다음 챔버로부터 유출된 전해액의 온도를 낮추고, 이어서 다시 입구를 통하여 온도가 낮추어진 전해액을 챔버로 유입시키며; 그 중 충전 장치는 하나의 외부 전원, 제1 전극 및 제2 전극과 전기적으로 연결되고, 충전 장치는 외부 전원으로부터 제공되는 전력을 이용하여 배터리 셀에 대하여 충전을 실행한다.
본 발명에 따른 고출력 배터리 또는 콘덴서 모듈 및 그 충전 장치의 바람직한 구조에 있어서, 그 중 열 교환기는 차량의 앞측 위치에 설치되고, 공기 냉각 또는 액체 냉각의 열 교환 방식을 통하여 전해액의 온도를 낮추며, 이어서 다시 케이스의 입구를 통하여 온도가 낮추어진 전해액을 챔버로 유입시킨다.
본 발명에 따른 고출력 배터리 또는 콘덴서 모듈 및 그 충전 장치의 더 바람직한 구조에 있어서, 그 중 열 교환 장치는 충전 파일(pile)에 배치되되, 충전 파일에는 하나의 충전 건(gun)이 구비되고, 충전 건에는 하나의 제1 파이프 커넥터 및 하나의 제2 파이프 커넥터가 설치되며, 제1 파이프 커넥터는 케이스의 입구와 연결되고, 제2 파이프 커넥터는 케이스의 출구와 연결되며, 열 교환 장치의 열 교환기의 열 교환 매질 입구 및 출구는 충전 파일의 충전 건의 제1 파이프 커넥터 및 제2 파이프 커넥터에 연결된다. 이에 따라, 차량이 충전 파일을 이용하여 충전 작업을 실행할 때, 고출력 배터리 또는 콘덴서 모듈의 충방전 조작 과정 중의 발열 문제를 해결할 수 있다.
본 발명의 더 바람직한 실시예에 따른 고출력 배터리 또는 콘덴서 모듈 및 그 충전 장치는 챔버 내부의 전해액의 이온 농도를 탐지하기 위하여 상기 충전 파일에 배치되는 하나의 이온 농도 자동 평형 장치를 더 포함하여 구성됨으로써, 비교적 낮은 이온 농도가 감지된 경우에 높은 농도의 동일한 전해액을 챔버 또는 열 교환기의 내부로 보충 주입시킬 수 있다.
본 발명에 따른 바람직한 구조에 있어서, 상기 이온 농도 자동 평형 장치는 챔버 내부의 전해액의 이온 농도를 탐지하기 위한 하나의 탐지기; 높은 이온 농도의 전해액을 저장하기 위한 하나의 제1 용기; 낮은 이온 농도의 전해액을 저장하기 위한 하나의 제2 용기; 제1 용기, 제2 용기 및 챔버와 연결되고, 선택적으로 제1 용기 중의 높은 이온 농도의 전해액 또는 제2 용기 중의 낮은 이온 농도의 전해액을 챔버로 보충 주입시키는 하나의 배송기; 탐지기 및 배송기와 전기적으로 연결되고, 탐지기로부터 탐지된 챔버 내부의 전해액의 이온 농도에 의하여 배송기를 제어하여 제1 용기 중의 높은 이온 농도의 전해액 또는 제2 용기 중의 낮은 이온 농도의 전해액을 챔버로 보충 주입시키는 하나의 제어 회로; 를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 고출력 배터리 또는 콘덴서 모듈 및 그 충전 장치의 바람직한 구조에 있어서, 그 중 충전 장치는 충전 파일에 설치되고 충전 장치는 도시 전기 전원과 전기적으로 연결됨으로써 충전 장치의 외부전원으로 사용한다.
본 발명에 따른 고출력 배터리 또는 콘덴서 모듈 및 그 충전 장치의 다른 바람직한 구조에 있어서, 그 중 충전 장치는 차량에 설치되고 충전 장치는 차량의 발전기와 전기적으로 연결됨으로써 발전기로부터 생성된 전력을 외부 전원으로 사용한다.
본 발명은 전해액을 고출력 배터리 또는 콘덴서 모듈의 냉각액으로 사용하고 패키징되지 않은 배터리 셀(음극/격리판/양극으로 구성됨)이 케이스의 챔버 내부에 포장되도록 함으로써, 냉각액으로 사용되는 전해액이 밀폐 연질/경질 파이프를 통하여 챔버로 유입되거나 또는 챔버로부터 유출되도록 할 수 있다. 배터리의 충방전 과정에서, 배터리 셀에서 생성된 열량은 전해액과 함께 다른 한 측의 열 교환기에 도달하여 냉각될 수 있다. 이에 따라, 고출력 배터리 또는 콘덴서 모듈의 충방전 조작 과정 중의 발열 문제를 해결하고 배터리 및/또는 콘덴서 시스템의 수명을 연장시킬 수 있다. 다른 방면에서, 상기 이온 농도 자동 평형 장치를 통하여 패키징되지 않은 배터리 셀의 전극이 안정한 이온 농도를 유지할 수 있도록 함으로써, 리튬 이온의 감소로 인하여 초래되는 순환 수명 중의 배터리 감쇄 현상을 줄이고 또한 배터리 또는 콘덴서 모듈의 수명을 연장시킬 수 있다.
본 출원에 따른 실시예 또는 종래 기술 중의 기술적 방안을 더욱 명확하게 설명하기 위하여, 이하 실시예 또는 종래 기술의 설명에 필요한 도면을 간단하게 설명하면 다음과 같다. 하지만 하기에 설명된 도면은 본 출원에 기재된 일부 실시예일 뿐, 본 분야의 통상적인 기술자는 창조적인 노동이 필요 없이 하기 도면을 통하여 기타 도면을 취득할 수도 있음은 당연한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 일 실시예의 구조 예시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 다른 실시예의 구조 예시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 다른 실시예의 구조 예시도이다.
도 4는 본 발명의 부분 구조도로서 케이스의 일 실시 방식의 구조가 도시된다.
도 5는 본 발명의 부분 구조도로서 충전 장치의 일 실시 방식의 구조가 도시된다.
도 6은 본 발명의 부분 구조도로서 방열 장치가 차량에 장착된 일 실시 방식의 구조가 도시된다.
우선, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고출력 배터리 또는 콘덴서 모듈의 구조 예시도로서, 케이스(10), 전해액(20), 패키징되지 않은 배터리 셀(30)(unpacked cells) 및 열 교환 장치(40)를 포함하여 구성된다.
그 중, 케이스(10)의 내부에는 하나의 챔버(11)가 구비되고, 케이스(10)에는 챔버(11)의 내부와 연통되는 하나의 입구(12) 및 하나의 출구(13)가 구비되며, 케이스(10)는 경질 또는 연질의 용기일 수 있다.
전해액(20)은 챔버(11)의 내부에 충전되고, 챔버(11)의 입구(12)를 통하여 챔버(11)로 유입되거나 또는 챔버(11)의 출구(13)를 통하여 챔버(11)로부터 유출될 수 있다.
패키징되지 않은 배터리 셀(30)(일번적으로 음극/격리판/양극으로 구성됨)은 직렬 및/또는 병렬 형식으로 존재하고, 케이스(10)의 챔버(11) 내부에 배치되며, 배터리 셀(30)은 전해액(20)에 함침되고, 배터리 셀(30)의 음극은 케이스(10)의 외부에 배치된 제1 전극(21)에 전기적으로 연결되며, 배터리 셀(30)의 양극은 케이스(10)의 외부에 배치된 제2 전극(22)에 전기적으로 연결된다.
열 교환 장치(40)는 케이스(10)의 입구(12) 및 출구(13)에 연결됨으로써 챔버(11)와 함께 하나의 밀폐된 유체 순환 공간을 구성하고, 열 교환 장치(40)는 순환적으로 출구(13)를 통하여 전해액(20)을 챔버(11)로부터 유출시킨 다음 챔버(11)로부터 유출된 전해액(20)의 온도를 낮추며, 이어서 다시 입구(12)를 통하여 온도가 낮추어진 전해액(20)을 챔버로 유입시킨다.
일 실시예에 있어서, 열 교환 장치(40)는 열 교환기(41) 및 하나의 펌프(42)(pump)를 포함하여 구성되고, 열 교환기(41) 및 펌프(42)는 관로를 통하여 케이스(10)의 입구(12) 및 출구(13)에 연결되며, 배터리 셀(30)의 충방전 과정에서 생성된 열량은 우선 전해액(20)에 의하여 흡수되고, 펌프(42)는 순환적으로 출구(13)를 통하여 열량이 흡수된 전해액(20)을 챔버(11)로부터 유출시킨 다음 열 교환기(41)를 이용하여 챔버(11)로부터 유출된 전해액(20)의 온도를 낮추며, 이어서 다시 입구(12)를 통하여 온도가 낮추어진 전해액(20)을 챔버로 유입시킨다. 냉각액으로 사용되는 전해액(20)은 밀폐된 연질/경질 튜브를 통하여 챔버(11)로 유입되거나 또는 챔버(11)로부터 유출될 수도 있다. 배터리의 충방전 과정에서, 연결됨으로써, 배터리 셀(30)에서 생성된 열량은 전해액(20)과 함께 챔버(11) 외부의 열 교환기(41)로 전달될 수 있다. 이에 따라, 고출력 배터리 또는 콘덴서 모듈의 충방전 조작 과정 중의 발열 문제를 해결하고 배터리 및/또는 콘덴서 시스템의 수명을 연장시킬 수 있다.
이어서 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 더 바람직한 실시예에 따른 고출력 배터리 또는 콘덴서 모듈은 전해액(20)의 이온 농도를 탐지하기 위한 이온 농도 자동 평형 장치(50)를 더 포함하여 구성됨으로써, 비교적 낮은 이온 농도가 감지된 경우에 높은 농도의 동일한 전해액을 챔버(11) 또는 열 교환기(41)의 내부로 보충 주입시킬 수 있다. 이에 따라, 패키징되지 않은 배터리 셀(30)의 전극이 안정한 이온 농도를 유지할 수 있도록 함으로써, 리튬 이온의 감소로 인하여 초래되는 순환 수명 중의 배터리 감쇄 현상을 줄이고 또한 배터리 또는 콘덴서 모듈의 수명을 연장시킬 수 있다. 이온 농도 자동 평형 장치(50)는, 전해액(20)의 이온 농도를 탐지하기 위한 탐지기(53); 높은 이온 농도의 전해액을 저장하기 위한 제1 용기(51); 낮은 이온 농도의 전해액을 저장하기 위한 제2 용기(52); 제1 용기(51), 제2 용기(52) 및 챔버(11) 또는 열 교환기(41)와 연결되고, 선택적으로 제1 용기(51) 중의 높은 이온 농도의 전해액 또는 제2 용기(52) 중의 낮은 이온 농도의 전해액을 전해액(20)으로 보충 주입시키는 배송기(54); 탐지기(53) 및 배송기(54)와 전기적으로 연결되고, 탐지기(53)로부터 탐지된 전해액(20)의 이온 농도에 의하여 배송기(54)를 제어하여 제1 용기(51) 중의 높은 이온 농도의 전해액 또는 제2 용기(52) 중의 낮은 이온 농도의 전해액을 전해액(20)으로 보충 주입시키며, 예를 들면 관로를 통하여 배송기(54)를 챔버(11) 또는 열 교환기(41)와 연결시킴으로써 열 교환기(41) 또는 챔버(11) 위치에서 전해액(20)에 대하여 이온의 보충 및 평형 조절을 실행하는 제어 회로(55); 를 포함하여 구성된다.
이어서 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 더 바람직한 실시예에 따른 고출력 배터리 또는 콘덴서 모듈은 충전 장치(60)를 더 포함하여 구성되되, 충전 장치(60)는 외부 전원(P), 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)과 전기적으로 연결되고, 충전 장치(60)는 외부 전원으로부터 공급되는 전력을 이용하여 배터리 셀(30)에 대하여 충전을 실행한다.
본 발명의 한 방면은 차량에 사용되는 고출력(high power) 배터리 모듈을 제시하는 바, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 있어서, 챔버(11)의 내부에는 복수개의 배터리 셀(30)이 내입되되, 상기 배터리 셀(30)을 서로 직렬 및/또는 병렬 연결한 다음 배터리 셀(30)의 음극을 제1 전극(21)과 전기적으로 연결하고 배터리 셀(30)의 양극을 제2 전극(22)과 전기적으로 연결함으로써 하나의 배터리 모듈을 구성하는 바 배터리 팩(Battery Pack)으로 불리기도 하며, 일반적으로, 하나의 차량에는 복수개의 배터리 모듈/배터리 팩이 필요할 수 있는데, 관로를 이용하여 상기 배터리 모듈/배터리 팩의 입구(12) 및 출구(13)를 열 교환 장치(40)의 관로와 연결시켜 하나의 밀폐된 유체 순환 공간을 구성하기만 하면 마찬가지로 동일한 배터리 셀(30) 냉각 효과를 실현할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 상기 배터리 셀(30)은 마찬가지로 전기 에너지의 저장에 사용되는 고출력 콘덴서(high power capacitor)로 교체됨으로써 기타 고출력 전력을 필요로 하는 설비에 적용될 수도 있음은 당연한 것이다.
도 4에 도시된 일 실시 방식에 있어서, 케이스(10)는 플라스틱/금속 재료로 제조된 경질 용기이고, 그 중 바람직한 일 실시 방식에 따르면, 케이스(10)의 외측에는 제1 전기 커넥터 포트(14)가 설치되며; 제1 전기 커넥터 포트(14)는 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)과 전기적으로 연결되고, 그 중 일 실시 방식에 따르면, 제1 전기 커넥터 포트(14)에는 두 조의 제1 전극(21) 및 두 조의 제2 전극(22)가 설치되며, 제1 전기 커넥터 포트(14)는 동시에 충전 포트 및 전력 출력 포트로 사용되고, 충전 장치(60)는 제1 케이블(61)을 통하여 제1 전기 커넥터 포트(14) 중 한 쌍의 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)과 전기적으로 연결되어 배터리 셀(30)을 충전하는데 사용되며, 동력 부하(예를 들면 차량의 전동기-electric motor)는 제2 케이블(62)을 통하여 제1 전기 커넥트 포트(14)의 다른 한 쌍의 제1 전극(21) 및 제2 전극(22)과 전기적으로 연결되어 배터리 셀(30)로부터 출력되는 전력을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 고출력 배터리 또는 콘덴서 모듈이 차량에 사용되는 실시예에 있어서, 그 중 열 교환기(41)의 바람직한 일 실시 방식은 열 교환기(41)를 자동차 또는 전기 자동차의 앞측 위치에 장착하고(도 6 참조), 공기 냉각 또는 액체 냉각의 열 교환 방식을 통하여 전해액(20)의 온도를 낮추며, 이어서 다시 입구(12)를 통하여 온도가 낮추어진 전해액(20)을 챔버(11)로 유입시키는 바, 이에 따라 전해액(20)을 순환적으로 이용하여 배터리 셀(30)의 충방전 과정 중에 생성되는 열량을 배출함으로써 배터리 셀(30) 냉각 및 온도 제어의 효과를 달성할 수 있다.
본 발명에 따른 고출력 배터리 또는 콘덴서 모듈이 차량에 사용되는 실시예에 있어서, 그 중 열 교환기(41)의 바람직한 다른 실시 방식은 열 교환 장치(40)를 충전 파일(pile)(A)에 배치하되(도 5 참조), 충전 파일(A)은 하나의 충전 건(gun)(70)을 구비하고, 충전 건(70)에는 제1 유체 커넥터(71) 및 제2 유체 커넥터(72)가 설치되며, 제1 유체 커넥터(71)는 케이스(10)의 입구(12)와 연결하는데 사용되고, 제2 유체 커넥터(72)는 케이스(10)의 출구(13)와 연결하는데 사용되며, 충전 건(70)은 통상적으로 전기 자동차의 차체 외측에 설치된 충전 포트(63)를 통하여 케이스(10)의 입구(12) 및 출구(13)를 연결하고(도 4 참조), 예를 들면 충전 포트(63)에는 제1 유체 커넥터(71)와 연결되는 제1 퀵 커넥터(64), 제2 유체 커넥터(72)와 연결되는 제2 퀵 커넥터(65)가 설치되며, 제1 퀵 커넥터(64) 및 제2 퀵 커넥터(65)는 다시 각각 관로(641, 651)을 통하여 입구(12) 및 출구(13)와 연결되고, 충전 파일(A)의 열 교환 장치(40)의 열 교환기(41)의 열 교환 매질 입구 및 출구는 충전 파일(A)의 충전 건(70)의 제1 유체 커넥터(71) 및 제2 유체 커넥터(72)와 연결되며(바람직하게는 하나의 퀵 커넥터); 이에 따라, 차량이 충전 파일(A)을 사용하여 충전 조작을 실행할 때, 충전 파일(A)에 배치된 열 교환 장치(40)를 통하여 배터리 셀(30)을 냉각시킬 수도 있다.
본 발명에 따른 고출력 배터리 또는 콘덴서 모듈 및 그 충전 장치의 바람직한 구조에 있어서, 그 중 충전 장치(60)는 차량에 설치되고 충전 장치(60)는 차량의 발전기와 전기적으로 연결됨으로써 발전기로부터 생성된 전력을 외부 전원으로 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 고출력 배터리 또는 콘덴서 모듈 및 그 충전 장치의 다른 바람직한 구조에 있어서, 그 중 충전 장치(60)는 충전 파일(A)에 설치되고, 충전 장치(60)는 도시 전기 전원과 전기적으로 연결됨으로써 충전 장치(60)의 외부 전원으로 사용할 수 있으며, 충전 건(70)에는 충전 플러그(73)가 구비되고 충전 플러그(73)는 상기와 같이 전기 자동차의 차체 외측의 충전 포트와 전기적으로 연결됨으로써 충전 파일(A)로부터 공급되는 외부 전원을 이용하여 배터리 셀(30)을 충전시킬 수 있다.
비록 상기 실시예를 통하여 본 발명을 상기와 같이 공개하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 본 분야의 기술자는 본 발명의 정신 및 범위를 이탈하지 않는 전제 하에 일부 변경 및 수정을 진행할 수 있음을 잘 이해할 수 있을 것이며, 이에 따라 본 발명의 특허 청구 범위는 본 출원의 청구항에 의하여 정의되어야 할 것이다.
10 : 케이스
11 : 챔버
12 : 입구
13 : 출구
14 : 제1 전기 커넥터 포트
15 : 제2 전기 커넥터 포트
20 : 전해액
21 : 제1 전극
22 : 제2 전극
30 : 배터리 셀
40 : 열 교환 장치
41 : 열 교환기
42 : 펌프
50 : 이온 농도 자동 평형 장치
51 : 제1 용기
52 : 제2 용기
53 : 탐지기
54 : 배송기
55 : 제어 회로
60 : 충전 장치
61 : 제1 케이블
62 : 제2 케이블
63 : 충전 포트
64 : 제1 퀵 커넥터
641 : 관로
65 : 제2 퀵 커넥터
651 : 관로
70 : 충전 건(gun)
71 : 제1 유체 커넥터
72 : 제2 유체 커넥터
73 : 충전 플러그
A : 충전 파일(pile)
P : 외부 전원

Claims (15)

  1. 내부에 하나의 챔버를 구비하고, 상기 챔버의 내부와 연통되는 하나의 입구 및 하나의 출구를 구비하는 하나의 케이스;
    상기 챔버 내부에 충전되고, 상기 챔버의 상기 입구를 통하여 상기 챔버로 유입되거나 상기 챔버의 상기 출구를 통하여 상기 챔버로부터 유출되는 하나의 전해액;
    상기 케이스의 상기 챔버 내부에 배치되고, 상기 전해액에 함침되며, 하나의 제1 전극은 상기 케이스의 외부에 배치되어 상기 배터리 셀의 양극과 전기적으로 연결되고, 하나의 제2 전극은 상기 케이스의 외부에 배치되어 상기 배터리 셀의 음극과 전기적으로 연결되는 하나의 패키징되지 않은 배터리 셀; 및,
    상기 케이스의 입구 및 상기 출구에 연결되고, 챔버와 함께 하나의 밀폐된 유체 순환 공간을 구성하며, 순환적으로 출구를 통하여 상기 전해액을 상기 챔버로부터 유출시킨 다음 상기 챔버로부터 유출된 상기 전해액의 온도를 낮추고, 이어서 다시 상기 입구를 통하여 온도가 낮추어진 상기 전해액을 상기 챔버로 유입시키는 하나의 열 교환 장치; 를 포함하여 구성되는 고출력 배터리 또는 콘덴서 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 케이스는 경질 또는 연질의 용기인 고출력 배터리 또는 콘덴서 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전해액의 이온 농도를 탐지하기 위한 하나의 탐지기; 높은 이온 농도의 전해액을 저장하기 위한 하나의 제1 용기; 낮은 이온 농도의 전해액을 저장하기 위한 하나의 제2 용기; 상기 제1 용기, 상기 제2 용기 및 상기 챔버와 연결되고, 선택적으로 상기 제1 용기 중의 높은 이온 농도의 상기 전해액 또는 상기 제2 용기 중의 낮은 이온 농도의 상기 전해액을 상기 챔버로 보충 주입시키는 하나의 배송기; 상기 탐지기 및 상기 배송기와 전기적으로 연결되고, 상기 탐지기로부터 탐지된 상기 챔버 내부의 상기 전해액의 이온 농도에 의하여 상기 배송기를 제어하여 상기 제1 용기 중의 높은 이온 농도의 상기 전해액 또는 상기 제2 용기 중의 낮은 이온 농도의 상기 전해액을 상기 챔버로 보충 주입시키는 하나의 제어 회로; 를 포함하는 하나의 이온 농도 자동 평형 장치를 포함하여 구성되는 고출력 배터리 또는 콘덴서 모듈.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    하나의 외부 전원, 하나의 제1 전극 및 하나의 제2 전극과 전기적으로 연결되고, 상기 외부 전원으로부터 공급되는 전력을 이용하여 상기 배터리 셀에 대하여 충전을 실행하는 하나의 충전 장치; 를 포함하여 구성되는 고출력 배터리 또는 콘덴서 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    그 중 상기 열 교환 장치는 하나의 열 교환기 및 하나의 펌프(pump)를 포함하여 구성되되, 상기 열 교환기 및 상기 펌프는 관로를 통하여 상기 케이스의 상기 입구 및 상기 출구와 연결되고, 상기 펌프는 순환적으로 상기 출구를 통하여 상기 전해액을 상기 챔버로부터 유출시킨 다음 상기 열 교환기를 통하여 상기 챔버로부터 유출된 상기 전해액의 온도를 낮추며, 이어서 다시 상기 입구를 통하여 온도가 낮추어진 상기 전해액을 상기 챔버로 유입시키는 고출력 배터리 또는 콘덴서 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    그 중 열 교환 장치는 충전 파일(pile)에 배치되되, 상기 충전 파일에는 하나의 충전 건(gun)이 구비되고, 상기 충전 건에는 하나의 제1 파이프 커넥터 및 하나의 제2 파이프 커넥터가 설치되며, 상기 제1 파이프 커넥터는 상기 케이스의 상기 입구와 연결되고, 상기 제2 파이프 커넥터는 상기 케이스의 상기 출구와 연결되며, 상기 열 교환 장치의 열 교환기의 열 교환 매질 입구 및 출구는 충전 파일의 충전 건의 제1 파이프 커넥터 및 제2 파이프 커넥터에 연결되는 고출력 배터리 또는 콘덴서 모듈.
  7. 내부에 하나의 챔버를 구비하고, 상기 챔버의 내부와 연통되는 하나의 입구 및 하나의 출구를 구비하는 하나의 케이스;
    상기 챔버 내부에 충전되고, 상기 챔버의 상기 입구를 통하여 상기 챔버로 유입되거나 상기 챔버의 상기 출구를 통하여 상기 챔버로부터 유출되는 하나의 전해액;
    상기 케이스의 상기 챔버 내부에 배치되고, 상기 전해액에 함침되며, 하나의 제1 전극은 상기 케이스의 외부에 배치되어 상기 배터리 셀의 양극과 전기적으로 연결되고, 하나의 제2 전극은 상기 케이스의 외부에 배치되어 상기 배터리 셀의 음극과 전기적으로 연결되는 하나의 패키징되지 않은 배터리 셀;
    상기 케이스의 입구 및 상기 출구에 연결되고, 챔버와 함께 하나의 밀폐된 유체 순환 공간을 구성하며, 순환적으로 출구를 통하여 상기 전해액을 상기 챔버로부터 유출시킨 다음 상기 챔버로부터 유출된 상기 전해액의 온도를 낮추고, 이어서 다시 상기 입구를 통하여 온도가 낮추어진 상기 전해액을 상기 챔버로 유입시키는 하나의 열 교환 장치; 및,
    하나의 외부 전원, 하나의 제1 전극 및 하나의 제2 전극과 전기적으로 연결되고, 상기 외부 전원으로부터 공급되는 전력을 이용하여 상기 배터리 셀에 대하여 충전을 실행하는 하나의 충전 장치; 를 포함하여 구성되는 차량용 고출력 배터리 또는 콘덴서 모듈 및 그 충전 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 케이스는 경질 또는 연질의 용기인 고출력 배터리 또는 콘덴서 모듈 및 그 충전 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    그 중 상기 열 교환 장치는 하나의 열 교환기 및 하나의 펌프를 포함하여 구성되되, 상기 열 교환기 및 상기 펌프는 관로를 통하여 상기 케이스의 상기 입구 및 상기 출구와 연결되고, 상기 펌프는 순환적으로 상기 출구를 통하여 상기 전해액을 상기 챔버로부터 유출시킨 다음 상기 열 교환기를 통하여 상기 챔버로부터 유출된 상기 전해액의 온도를 낮추며, 이어서 다시 상기 입구를 통하여 온도가 낮추어진 상기 전해액을 상기 챔버로 유입시키는 고출력 배터리 또는 콘덴서 모듈 및 그 충전 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    그 중 상기 열 교환기는 차량의 앞측 위치에 설치되고, 공기 냉각 또는 액체 냉각의 열 교환 방식을 통하여 상기 전해액의 온도를 낮추며, 이어서 다시 입구를 통하여 온도가 낮추어진 상기 전해액을 상기 챔버로 유입시키는 고출력 배터리 또는 콘덴서 모듈 및 그 충전 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    그 중 열 교환 장치는 충전 파일(pile)에 배치되되, 상기 충전 파일에는 하나의 충전 건(gun)이 구비되고, 상기 충전 건에는 하나의 제1 파이프 커넥터 및 하나의 제2 파이프 커넥터가 설치되며, 상기 제1 파이프 커넥터는 상기 케이스의 상기 입구와 연결되고, 상기 제2 파이프 커넥터는 상기 케이스의 상기 출구와 연결되며, 상기 열 교환 장치의 열 교환기의 열 교환 매질 입구 및 출구는 충전 파일의 충전 건의 제1 파이프 커넥터 및 제2 파이프 커넥터에 연결되는 고출력 배터리 또는 콘덴서 모듈 및 그 충전 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 챔버 내부의 상기 전해액의 이온 농도를 탐지하기 위한 하나의 탐지기; 높은 이온 농도의 전해액을 저장하기 위한 하나의 제1 용기; 낮은 이온 농도의 전해액을 저장하기 위한 하나의 제2 용기; 상기 제1 용기, 상기 제2 용기와 연결되고, 상기 제1 파이프 커넥터 및 상기 제2 파이프 커넥터를 통하여 상기 챔버와 연결되며, 선택적으로 상기 제1 용기 중의 높은 이온 농도의 상기 전해액 또는 상기 제2 용기 중의 낮은 이온 농도의 상기 전해액을 상기 챔버로 보충 주입시키는 하나의 배송기; 상기 탐지기 및 상기 배송기와 전기적으로 연결되고, 상기 탐지기로부터 탐지된 상기 챔버 내부의 상기 전해액의 이온 농도에 의하여 상기 배송기를 제어하여 상기 제1 용기 중의 높은 이온 농도의 상기 전해액 또는 상기 제2 용기 중의 낮은 이온 농도의 상기 전해액을 상기 챔버로 보충 주입시키는 하나의 제어 회로; 를 포함하고 상기 충전 파일에 배치되는 하나의 이온 농도 자동 평형 장치를 포함하여 구성되는 고출력 배터리 또는 콘덴서 모듈 및 그 충전 장치.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 챔버 내부의 상기 전해액의 이온 농도를 탐지하기 위한 하나의 탐지기; 높은 이온 농도의 전해액을 저장하기 위한 하나의 제1 용기; 낮은 이온 농도의 전해액을 저장하기 위한 하나의 제2 용기; 상기 제1 용기, 상기 제2 용기 및 상기 챔버와 연결되고, 선택적으로 상기 제1 용기 중의 높은 이온 농도의 상기 전해액 또는 상기 제2 용기 중의 낮은 이온 농도의 상기 전해액을 상기 챔버로 보충 주입시키는 하나의 배송기; 상기 탐지기 및 상기 배송기와 전기적으로 연결되고, 상기 탐지기로부터 탐지된 상기 챔버 내부의 상기 전해액의 이온 농도에 의하여 상기 배송기를 제어하여 상기 제1 용기 중의 높은 이온 농도의 상기 전해액 또는 상기 제2 용기 중의 낮은 이온 농도의 상기 전해액을 상기 챔버로 보충 주입시키는 하나의 제어 회로; 를 포함하는 하나의 이온 농도 자동 평형 장치를 포함하여 구성되는 고출력 배터리 또는 콘덴서 모듈 및 그 충전 장치.
  14. 제7항에 있어서,
    그 중 상기 충전 장치는 충전 파일에 설치되고 상기 충전 장치는 도시 전기 전원과 전기적으로 연결됨으로써 상기 충전 장치의 외부전원으로 사용하는 고출력 배터리 또는 콘덴서 모듈 및 그 충전 장치.
  15. 제7항에 있어서,
    그 중 상기 충전 장치는 상기 차량에 설치되고 상기 충전 장치는 차량의 발전기와 전기적으로 연결됨으로써 발전기로부터 생성된 전력을 외부 전원으로 사용하는 고출력 배터리 또는 콘덴서 모듈 및 그 충전 장치.
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