KR20230066984A - 에너지 저장장치 - Google Patents

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KR20230066984A
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power converter
pump
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김태준
김병수
유기정
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명의 에너지 저장장치는, 전기적으로 연결되는 복수의 배너리셀이 배치되는 배터리팩과, 상기 배터리팩에 배치되는 복수의 배터리셀의 충전 또는 방전을 위해 전기의 특성을 변환시키는 전력변환기와, 상기 배터리팩 또는 상기 전력변환기로 냉각유체를 공급하는 펌프와, 상기 펌프에 의해 유동하는 냉각유체를 공기와 열교환시키는 방열기와, 상기 펌프에서 배출되는 용액을 상기 전력전환장치 또는 상기 배터리팩으로 보내는 제1밸브와, 상기 전력변환장치로부터 배출되는 용액을 상기 배터리팩 또는 상기 방열기로 보내는 제2밸브를 포함한다.

Description

에너지 저장장치{ Energy Storage System}
본 발명은 에너지저장장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유체를 이용하여 배터리 등을 냉각시키는 에너지 저장장치에 관한 것이다.
일반적으로 현재까지 대부분의 에너지 저장장치의 방열은 팬을 이용한 강제 대류 또는 히트싱크를 이용한 자연대류를 주로 채택하고 있다. 자사의 같은 경우, 상업용 및 산업용 에너지저장장치는 팬을 이용한 공랭식으로 진행하고 있고, 가정용 에너지 저장장치는 자연대류 방법을 채택하고 있다. 가정용 에너지 저장장치 같은 경우 상업용 및 산업용 대비 용량이 작기 때문에 발열체의 열을 히트싱크로 열을 방출할 수 있다. 대용량 상업용 및 산업용 에너지 저장장치 같은 경우 팬을 이용하는 공랭식을 주로 채택하는 있는데, 그 이유로는 팬을 부착하면 자연 대류 대비 발열이 심한 부품을 자연대류 대비 쉽게 냉각 및 쿨링을 할 수 있기 때문에 주로 사용한다.
US 8448696 B2에서는, 사방밸브를 사용하여 전력변환기와 배터리팩을 냉각하는 수냉식 구조를 개시한다. 상기 문헌에서는 4가지 운전모드를 한가지 형상 밸브로 사용하기 위해 사방밸브를 사용하는 내용을 개시하고 있다.
다만, 사방밸브를 사용하는 경우, 두곳 또는 세곳의 방향으로 유량을 흘러 보낼때, 한쪽으로 유량이 대량으로 흘러가는 현상이 발생할 수 있다. 또한, 사방밸브는 방향 전환 및 유량 개폐를 할 때 일시적으로 유량이 멈출 수 있는 문제가 있다. 또한, 사방밸브를 사용할 경우, 유량의 방향전환을 위하여 펌프를 두개 사용해야하는 문제점 발생한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 수냉식으로 배터리팩 등을 냉각하는 구조로, 1개의 펌프를 사용하여 배터리 냉각 및 난방 할 수 있는 에너지 저장장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 냉각유체를 공급하는 부분으로 유량조정이 가능한 에너지 저장장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장장치는, 전기적으로 연결되는 복수의 배너리셀이 배치되는 배터리팩과, 상기 배터리팩에 배치되는 복수의 배터리셀의 충전 또는 방전을 위해 전기의 특성을 변환시키는 전력변환기와, 상기 배터리팩 또는 상기 전력변환기로 냉각유체를 공급하는 펌프와, 상기 펌프에 의해 유동하는 냉각유체를 공기와 열교환시키는 방열기와, 상기 펌프에서 배출되는 용액을 상기 전력전환장치 또는 상기 배터리팩으로 보내는 제1밸브와, 상기 전력변환장치로부터 배출되는 용액을 상기 배터리팩 또는 상기 방열기로 보내는 제2밸브를 포함하여, 하나의 펌프와 2개의 밸브를 통해 다양한 모드의 운전을 수행할 수 있다.
상기 제1밸브와 상기 전력변환기를 연결하는 전력변환기유입관과, 상기 제2밸브에서 배출되는 냉각유체를 상기 방열기로 보내는 방열기유입관과, 상기 제1밸브에서 배출되는 냉각유체를 상기 배터리팩으로 보내는 제1밸브배출관과, 상기 제2밸브에서 배출되는 냉각유체를 상기 배터리팩으로 보내는 제2밸브배출관과, 상기 제1밸브배출관과 제2밸브배출관이 합지되고 상기 배터리팩과 연결되는 배터리팩유입관을 포함하여, 제2밸브에서 배출되는 냉각유체를 제1밸브에서 배출되는 냉각유체와 합하여 유동시키거나 개별적으로 유동시킬 수 있다.
상기 제2밸브배출관에는 냉각유체가 상기 제2밸브 방향으로 역류하는 것을 방지하는 체크밸브가 배치된다.
상기 제1밸브는, 상기 펌프로부터 유입되는 냉각유체를 상기 전력변환기와 상기 배터리팩 중 하나로 보내거나, 상기 전력변환기와 상기 배터리팩 각각으로 보내어, 전력변환기와 배터리팩 각각을 개별적으로 냉각하거나, 전력변환기와 배터리팩을 동시에 냉각할 수 있다.
상기 제1밸브와 상기 제2밸브의 작동을 조절하는 제어부와, 상기 배터리팩의 온도를 감지하는 배터리팩 온도센서와, 상기 전력변환기의 온도를 감지하는 전력변환기 온도센서를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 배터리팩 온도선세로부터 감지되는 온도와, 상기 전력변환기 온도센서로부터 감지되는 온도를 바탕으로 상기 배터리팩과 상기 전력변환기로 공급되는 냉각유체의 유량을 조절하여, 냉각이 상대적으로 더 필요한 곳으로 냉각유체의 유량을 조절할 수 있다.
상기 방열기에서 배출되는 냉각유체의 온도를 감지하는 냉각유체온도센서와, 상기 방열기로 외부공기를 공급하는 방열팬를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 냉각유체 온도센서로부터 감지되는 냉각유체의 온도가 제1설정온도를 초과할 때, 상기 방열팬의 회전속도를 증가시커고, 상기 방열기로 공급되는 냉각유체의 유량이 증가하도록 상기 펌프를 작동시켜, 전력변환기나 배터리팰의 온도조절을 빠르게 유동할 수 있다.
상기 전력변환기와 상기 배터리팩을 동시에 냉각시키는 동시냉각모드에서, 상기 제1밸브는, 상기 펌프로부터 유입되는 냉각유체를 상기 전력변환기와 상기 배터리팩 각각으로 배출시켜, 배터리팩과 전력변환기를 동시에 냉각시킬 수 있다.
상기 동시냉각모드에서, 상기 제어부는 상기 펌프로부터 배출되는 냉각유체의 유량이 커지도록 상기 펌프의 작동을 조절하여, 배터리팩과 전력변환기 각각의 냉각효율을 증가시킬 수 있다.
상기 동시냉각모드에서, 상기 제어부는, 상기 배터리팩 온도선세로부터 감지되는 온도와, 상기 전력변환기 온도센서로부터 감지되는 온도를 비교하고, 상기 배터리팩과 상기 전력변환기 중에서 온도가 높은 곳으로 냉각유체의 유량이 커지도록 상기 제1밸브를 조절하여, 냉각이 상대적으로 더 필요한 곳으로 냉각유체의 유량을 조절할 수 있다.
상기 전력변환기를 냉각하고 상기 배터리팩을 가열하는 병합모드에서, 상기 제어부는, 상기 펌프에 의해 유동하는 냉각유체를 상기 전력변환기와 상기 배터리팩으로 순차적으로 유동하도록 상기 제1밸브와 상기 상기 제2밸브를 조절하여, 전력변환기를 냉각시키고, 배터리팩을 가열시킬 수 있다.
상기 병합모드에서, 상기 제어부는, 상기 펌프에서 공급되는 냉각유체가 상기 전력변환기로 공급되도록 상기 제1밸브를 조절하고, 상기 전력변환기로부터 공급되는 냉각유체가 상기배터리팩으로 공급되도록 상기 제2밸브를 조절한다.
상기 방열기로 외부공기를 공급하는 방열팬를 더 포함하고, 상기 병합모드에서 상기 제어부는 상기 방열팬의 작동을 정지시켜, 방열조건이 필요없는 상황에서 전력손실을 제거할 수 있다.
상기 제1밸브 또는 상기 제2밸브는, 유입구가 하나이고, 배출구가 2개인 삼방밸브를 사용하여, 하나의 펌프와 2개의 삼방밸브가 구비될 수 있다.
상기 제1밸브와 상기 제2밸브 각각은, 내부에 냉각유체가 유동하는 유로를 형성하고 일측에 유입구와 서로 다른 방향으로 개구된 제1배출구 및 제2배출구가 형성된 분배관과, 상기 분배관 내부에 회전가능하게 배치되고, 상기 분배관 내부를 유동하는 냉각유체의 유동방향을 조절하는 회전밸브와, 상기 분배관의 일측에 배치되고, 상기 회전밸브를 회전시키는 밸브모터를 포함하고, 상기 회전밸브가 회전함에 따라 상기 유입구로부터 유동하는 냉각유체를 상기 제1배출구 또는 상기 제2배출구로 보내는 구조를 가진다.
상기 분배관은, 상기 유입구가 형성되고 내부에 유입유로를 형성하는 유입관과, 상기 제1배출구가 형성되고 내부에 제1배출유로가 형성된 제1배출관과, 상기 제2배출구가 형성되고 내부에 제2배출유로가 형성된 제2배출관과, 상기 유입유로와 상기 제1배출유로 또는 상기 제2배출유로를 연통시키는 분배관바디를 포함한다. 상기 제1배출관과 상기 제2배출관 각각은 상기 유입관에 수직하게 배치되고, 상기 회전밸브는 상기 유입유로와 연통되는 밸브유입구가 하측에 형성되고, 하측에 수직한 방향으로 제1밸브배출구와 제2밸브배출구가 형성되며, 상기 밸브모터는, 상기 제1밸브배출구와 상기 제2밸브배출구 각각의 개구범위를 조절하여, 각 배출구로 배출되는 냉각유체의 유량을 조절할 수 있다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 에너지 저장장치에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째, 1개의 펌프와 2개의 삼방밸브를 사용하여 다양한 환경 및 기후에서 사용할 수 있는 통합솔루션을 제공할 수 있는 장점이 있다. 또한, 1개의 펌프를 사용하므로, 전력 감소 효과를 기대할 수 있는 장점이 있다.
둘째, 삼방밸브를 사용하여 할수 있도록 설계를 할 수 있기 때문에 사방밸브를 사용하는 것에 비해 유량 쏠림 현상을 방지 할 수 있다는 구조적 장점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1밸브 또는 제2밸브의 사시도이다.
도 3a는 제1부하부로 물이 공급될 때의 조절밸브의 일측단면도이다.
도 3b는 제1부하부로 물이 공급될 때의 조절밸브의 타측단면도이다.
도 4a는 제2부하부로 물이 공급될 때의 조절밸브의 일측단면도이다.
도 4b는 제2부하부로 물이 공급될 때의 조절밸브의 타측단면도이다.
도 5a는 제1부하부와 제2부하부로 물이 공급될 때의 조절밸브의 일측단면도이다.
도 5b는 제1부하부와 제2부하부로 물이 공급될 때의 조절밸브의 타측단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부와 그와 관련된 구성의 블록도이다.
도 7은 본 발명의 에너지 저장장치의 동시냉각모드에서의 냉각유체의 흐름을 설명하기 위한 개략도이다.
도 8은 본 발명의 에너지 저장장치의 병합모드에서의 냉각유체의 흐름을 설명하기 위한 개략도이다.
도 9은 본 발명의 에너지 저장장치의 배터리팩 냉각모드에서의 냉각유체의 흐름을 설명하기 위한 개략도이다.
도 10은 본 발명의 에너지 저장장치의 전력변환기 냉각모드에서의 냉각유체의 흐름을 설명하기 위한 개략도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 에너지 저장장치를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1을 참조하면, 에너지 저장장치(10)는, 케이스(12), 케이스(12) 내부에 배치되고 복수의 배터리셀(미도시)들이 배치되는 배터리팩(30), 배터리팩(30)에 배치되는 복수의 배터리셀의 충전 또는 방전을 위해 전기의 특성을 변환시키는 전력변환기(35)(PCS : Power Conditioning System), 배터리팩(30) 또는 전력변환기(35)로 냉각용액을 공급하는 펌프(60), 펌프(60)로부터 유동하는 냉각용액을 냉각시키는 방열기(20), 방열기(20)로 공기유동을 형성하는 방열팬(18), 펌프(60)로부터 유동하는 냉각용액을 배터리팩(30) 또는 전력변환기(35)로 보내는 제1밸브(62), 전력변환기(35)로부터 유동하는 냉각용액을 배터리팩(30) 또는 방열기(20)로 보내는 제2밸브(64)를 포함한다.
에너지 저장장치(10)는, 케이스(12) 내부에 배치되고, 펌프(60)의 작동으로 유동하는 냉각용액을 배터리팩(30) 또는 전력변환기(35)로 공급하는 냉각용액관을 포함할 수 있다.
케이스(12)는, 내부에 배터리팩(30)이 배치되는 팩저장공간(12a)과, 팩저장공간(12a)의 상측으로 전력변환기(35), 펌프(60), 및 방열기(20)가 배치되는 방열공간(12b)을 형성할 수 있다.
케이스(12)는, 일측에 방열팬(18)에 의해 외부공기가 유입되는 유입홀(14)이 형성되고, 타측에 방열팬(18)에 의해 케이스(12) 내부를 유동하는 공기가 외부로 배출되는 배출홀(16)이 형성될 수 있다.
배터리팩(30)은 케이스(12)의 팩저장공간(12a)에 배치된다. 배터리팩(30) 내부에는 복수의 배터리셀들이 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 케이스(12) 내부에는 복수의 배터리팩(30)이 배치될 수 있다. 복수의 배터리팩(30) 각각은 서로 직렬로 연결될 수 있다.
배터리팩(30)은 복수의 배터리셀(33)과, 복수의 배터리셀(33)이 저장되는 팩하우징(32), 복수의 배터리셀(33)에 접촉하고, 내부로 냉각유체가 유동하는 제1냉각판(34)을 포함할 수 있다.
팩하우징(32)은, 내부에 복수의 배터리셀(33)가 배치되는 공간을 형성한다. 팩하우징(32)은, 내부에 배치되는 복수의 배터리셀(33)를 고정하는 구조를 형성할 수 있다.
복수의 배터리셀(33)들은 팩하우징(32) 내부에서 동일한 방향을 향하도록 배치될 수 있다.
제1냉각판(34)은 팩하우징(32)의 일측 또는 팩하우징(32) 내부에 배치될 수 있다. 제1냉각판(34)은 팩하우징(32) 내부에 배치되는 복수의 배터리셀(33) 사이로 배치될 수 있다. 제1냉각판(34)은 배터리셀(33)에서 발생하는 열을 흡수할 수 있다. 제1냉각판(34)은, 내부에 냉각유체가 유동하는 유로를 형성할 수 있다.
전력변환기(35)는, 회로기판(36)과, 회로기판(36)의 일측에 배치되고 전력 변환을 수행하는 전력변환소자(Insulated gate bipolar transistor; IGBT)와, 전력변환소자(37)를 냉각시키는 제2냉각판(38)을 포함할 수 있다.
전력변환소자는 절연 게이트 양극성 트랜지스터일 수 있다. 이러한 전력변환 소자는, 직류를 필요로 하는 전자기기를 교류로 작동시키기 위해서 배터리의 교류를 직류로 변환시키는 교류/직류 변환기(A/D Converter)로 동작할 수 있으며, 반대로 교류를 필요로 하는 전자기기를 축전지로 작동시키기 위해서는 직류를 교류로 변환시키는 인버터(inverter)로 동작할 수 있다.
제2냉각판(38)은, 회로기판(36)의 일측에 배치되어 전력변환기(35)에서 발생하는 열을 흡수할 수 있다. 제2냉각판(38)의 내부에는 냉각유체가 유동하는 유로가 형성될 수 있다.
에너지 저장장치(10)는 펌프(60)와 제1밸브(62)를 연결하는 펌프배출관(40)과, 제1밸브(62)와 전력변환기(35)를 연결하는 전력변환기유입관(42)과, 전력변환기(35)와 제2밸브(64)를 연결하는 전력변환기배출관(44)과, 제2밸브(64)와 방열기(20)를 연결하는 방열기유입관(46)과, 제1밸브(62)에서 배출되는 냉각유체를 배터리팩(30)으로 보내는 제1밸브배출관(48)과, 제2밸브(64)에서 배출되는 냉각유체를 배터리팩(30)으로 보내는 제2밸브배출관(54)과, 제1밸브배출관(48)과 제2밸브배출관(54)이 합지되고 배터리팩(30)과 연결되는 배터리팩유입관(50), 배터리팩(30)과 방열기(20)를 연결하는 배터리팩배출관(52)을 포함할 수 있다. 제2밸브배출관(54)에는 냉각유에가 제2밸브(64) 방향으로 역류하는 것을 방지하는 체크밸브(55)가 배치될 수 있다.
제1밸브(62)는, 유량펌프(60)로부터 유동하는 냉각유체를 전력변환기(35)와 배터리팩(30) 각각 또는 모두로 공급할 수 있다. 제2밸브(64)는 전력변환기(35)로부터 유동하는 냉각유체를 배터리팩(30) 또는 방열기(20)로 공급할 수 있다.
<제1밸브, 제2밸브>
이하에서는, 도 2 내지 도 5b를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 제1밸브(62)와 제2밸브(64)를 설명한다. 도 2 내지 도 5b에서 설명되는 내용은 제1밸브(62)와 제2밸브(64) 모두에 적용될 수 있다.
제1밸브(62)와 제2밸브(64)는 유입구가 하나이고, 배출구가 2개인 삼방밸브를 사용할 수 있다.
본 발명의 밸브(62, 64)는, 내부에 냉각유체가 유동하는 유로를 형성하고 하나의 유입구(102)와 2개의 배출구(104, 506)가 형성된 분배관(110), 분배관(110) 내부에 회전가능하게 배치되고, 분배관(110) 내부를 유동하는 냉각유체의 유동방향을 조절하는 회전밸브(120), 분배관(110)의 일측에 배치되고, 회전밸브(120)를 회전시키는 밸브모터(130)를 포함한다.
분배관(110)은, 유입구(102)가 형성되고 내부에 유입유로(112a)를 형성하는 유입관(112), 제1배출구(104)가 형성되고 내부에 제1배출유로(114a)가 형성된 제1배출관(114), 제2배출구(106)가 형성되고 내부에 제2배출유로(116a)가 형성된 제2배출관(116), 및 유입관(112)과 제1배출관(114)과 제2배출관(116)을 연결하는 분배관바디(118)를 포함한다.
유입관(112)과 제1배출관(114) 및 제2배출관(116)은 서로 수직하게 배치된다. 제1배출관(114)과 제2배출관(116)은 분배관바디(118)를 기준으로 서로 반대방향으로 연장된다. 제1배출관(114)과 제2배출관(116)은 서로 평행하게 배치된다. 밸브모터(130)는, 분배관바디(118)를 기준으로 유입관(112)의 반대방향에 배치될 수 있다.
분배관바디(118) 내부는, 유입유로(112a), 제1배출유로(114a), 및 제2배출유로(116a)를 연결하는 공유챔버(118a)가 형성된다. 공유챔버(118a)에는 회전밸브가 회전가능하게 배치된다.
회전밸브(120)는 하측으로 유입유로(112a)와 연통되는 밸브유입구(122)가 형성되고, 하측에 수직한 방향으로 제1밸브배출구(124)와 제2밸브배출구(126)가 형성된다. 제1밸브배출구(124)와 제2밸브배출구(126)는 서로 수직한 방향에 형성될 수 있다. 따라서, 회전밸브(120)가 회전함에 따라 유입구(102)로부터 유동하는 냉각유체를 제1배출구(104) 또는 제2배출구(106)로 보낼 수 있다.
제1밸브배출구(124)와 제2밸브배출구(126)는 수직한 방향으로 형성된다. 따라서, 도 3a 내지 도 3b와 같이 제1밸브배출구(124)가 제1배출유로(114a)와 연통될 때, 제2배출유로(116a)는 차단된다. 또한, 도 5a 내지 도 5b와 같이, 제2밸브배출구(126)가 제2배출유로(116a)와 연통될 때, 제1배출유로(114a)는 차단된다.
도 4a 내지 도 4b와 같이, 제1밸브배출구(124)가 제1배출유로(114a)와 연통되고, 제2밸브배출구(126)가 제2배출유로(116a)와 연통되게 배치될 수 있다. 다만, 이경우는, 제1밸브배출구(124)의 개도량과 제2밸브배출구(126)의 개도량이 줄어들어 제1배출유로(114a)와 제2배출유로(116a)로 유동하는 유량이 줄어들 수 있다.
밸브모터(130)는, DC모터를 사용할 수 있다. 따라서, 밸브모터(130)에 인가하는 펄스(pulse)를 변경하여 회전밸브(120)의 회전범위를 조절할 수 있다.
도 3a 내지도 3b를 참조하면, 밸브모터(130)로 제1전류값의 전류가 인가될 때, 제1밸브배출구(124)와 제1배출유로(114a)가 연통하게 된다. 여기서, 제1전류값은 0펄스일 수 있다. 밸브모터(130)로 제1전류값의 전류가 인가될 때, 유입구(102)로 유입된 냉각유체가 제1배출구(104)로 유동할 수 있다.
제1밸브(62)에서는, 밸브모터(130)로 제1전류값의 전류가 인가될 때, 펌프(60)로부터 유입되는 냉각유체가 전력변환기(35)으로 공급될 수 있다. 제2밸브(64)에서는, 밸브모터(130)로 제1전류값의 전류가 인가될 때, 전력변환기(35)로부터 유입되는 냉각유체가 방열기(20)로 공급될 수 있다.
도 5a 내지도 5b를 참조하면, 밸브모터(130)로 제2전류값의 전류가 인가될 때, 제2밸브배출구(126)와 제2배출유로(116a)가 연통하게 된다. 여기서, 제2전류값은 제1전류값보다 큰값일 수 있다. 하나의 실시예로, 제2전류값은 2000펄스일 수 있다.
밸브모터(130)로 제2전류값의 전류가 인가될 때, 유입구(102)로 유입된 냉각유체가 제2배출구(106)로 유동할 수 있다.
제1밸브(62)에서는, 밸브모터(130)로 제2전류값의 전류가 인가될 때, 펌프(60)로부터 유입되는 냉각유체가 배터리팩(30)으로 공급될 수 있다. 제2밸브(64)에서는, 밸브모터(130)로 제2전류값의 전류가 인가될 때, 전력변환기(35)로부터 유입되는 냉각유체가 배터리팩(30)으로 공급될 수 있다.
도 4a 내지도 4b를 참조하면, 밸브모터(130)로 제3전류값의 전류가 인가될 때, 제1밸브배출구(124)와 제1배출유로(114a)가 연통되고, 제2밸브배출구(126)와 제2배출유로(116a)가 연통하게 된다. 제3전류값은, 제1전류값보다 크고 제2전류값보다 작은 값일 수 있다. 하나의 실시예로, 제3전류값은 1000펄스일 수 있다.
밸브모터(130)로 제3전류값의 전류가 인가될 때, 유입구(102)로 유입된 냉각유체가 제1배출구(104)와 제2배출구(106)로 유동할 수 있다.
제1밸브(62)에서는, 밸브모터(130)로 제3전류값의 전류가 인가될 때, 펌프(60)로부터 유입되는 냉각유체가 전력변환기(35)와 배터리팩(30) 각각으로 공급될 수 있다. 제2밸브(64)에서는, 밸브모터(130)로 제3전류값의 전류가 인가될 때, 전력변환기(35)로부터 유입되는 냉각유체가 배터리팩(30)과 방열기(20) 각각으로 공급될 수 있다.
도면에 도시되지 않았으나, 밸브모터(130)로 제1전류값보다 크고 제3전류값보다 작은 제4전류값으로 전류를 인가하거나, 제3전류값보다 크고 제2전류값보다 작은 제5전류값으로 전류를 인가할 수 있다.
밸브모터(130)에 제4전류값으로 전류가 인가될 때, 제1배출구(104)와 제2배출구(106)로 냉각유체가 배출되나, 제1배출구(104)로 배출되는 냉각유체의 량이 제2배출구(106)로 배출되는 냉각유체의 량보다 많을 수 있다.
밸브모터(130)에 제5전류값으로 전류가 인가될 때, 제1배출구(104)와 제2배출구(106)로 냉각유체가 배출되나, 제1배출구(104)로 배출되는 냉각유체의 량이 제2배출구(106)로 배출되는 냉각유체의 량보다 작을 수 있다.
<제어부 관련>
이하에서는, 도 6을 참조하여, 제어부 및 그와 관련된 구성을 설명한다.
에너지 저장장치(10)는 펌프(60)의 작동, 방열팬(18)의 작동, 제1밸브(62)와 제2밸브(64)의 개폐를 조절하는 제어부(70)를 포함할 수 있다.
에너지 저장장치(10)는, 배터리팩(30)의 온도를 감지하는 배터리팩 온도센서(72), 전력변환기(35)의 온도를 감지하는 전력변환기 온도센서(74), 방열기(20)에서 배출되는 냉각유체의 온도를 감지하는 냉각유체 온도센서(76)를 포함할 수 있다.
제어부(70)는, 배터리팩 온도센서(72), 전력변환기 온도센서(74), 및 냉각유체 온도센서(76)로부터 감지되는 온도를 바탕으로 제1밸브(62)와 제2밸브(64)를 조절하여 배터리팩(30) 또는 전력변환기(35)를 냉각시킬 수 있다. 제어부(70)는 제1밸브(62)와 제2밸브(64)를 조절하여, 제1밸브(62) 또는 제2밸브(64)로부터 배출되는 영역이나, 해당영역의 개도를 조절할 수 있다.
또한, 제어부(70)는, 배터리팩 온도센서(72), 전력변환기 온도센서(74), 및 냉각유체 온도센서(76)로부터 감지되는 온도를 바탕으로 방열팬(18)이나 펌프(60)의 회전속도를 조절할 수 있다.
<작동>
이하에서는, 도 7 내지 도 10을 참조하여, 에너지 저장장치(10)의 작동을 설명한다.
에너지 저장장치(10)는, 배터리팩(30)과 전력변환기(35)를 동시에 냉각하는 동시냉각모드, 전력변환기(35)를 냉각하고 배터리팩(30)을 가열하는 병합모드, 배터리팩(30)만을 냉각하는 배터리팩 냉각모드, 전력변환기(35)만을 냉각하는 전력변환기 냉각모드로 작동할 수 있다.
도 7을 참조하면, 동시냉각모드는 방열기(20)에서 냉각된 냉각유체를 전력변환기(35)와 배터리팩(30) 각각으로 유동시킬 수 있다. 즉, 제1밸브(62)는, 펌프(60)로부터 유입되는 냉각유체를 전력변환기(35)와 배터리팩(30) 각각으로 배출시킨다.
이때, 냉각유체 온도센서(76)로부터 감지되는 제1밸브(62)로 공급되는 냉각유체의 온도가 제1설정온도를 초과하는 경우, 제어부(70)는 방열팬(18)의 회전속도를 증가시커거나, 펌프(60)에서 배출되는 냉각유체의 유량이 증가하도록 펌프(60)를 작동시킬 수 있다.
또한, 배터리팩 온도선세(72)로부터 감지되는 온도와, 전력변환기 온도센서(74)로부터 감지되는 온도를 비교하여 온도가 높은 곳으로 냉각유체의 유량이 커지도록 제1밸브(62)를 조절할 수 있다.
도 8을 참조하면, 병합모드에서는 펌프(60)에 의해 유동하는 냉각유체를 전력변환기(35)와 배터리팩(30)으로 순차적으로 유동시킬 수 있다. 따라서, 전력변환기(35)는 냉각유체로 냉각하고, 전력변환기(35)로부터 열을 흡수한 냉각유체를 배터리팩(30)으로 공급하여 배터리팩(30)을 예열할 수 있다.
이때, 제어부(70)는 방열팬(18)이 회전되지 않도록 하여, 배터리팩(30)으로부터 냉각유체가 열을 잃고, 전력변환기(35)로부터 냉각유체가 열을 공급받을 수 있다.
도 9을 참조하면, 배터리팩 냉각모드에서는, 제1밸브(62)를 조절하여, 펌프(60)로부터 배출되는 냉각유체를 배터리팩(30)으로만 공급한다. 따라서, 펌프(60)로부터 유동하는 냉각유체는 제1밸브(62), 배터리팩(30), 및 방열기(20)로 유동한다.
도 10을 참조하면, 전력변환기 냉각모드에서는, 제1밸브(62)와 제2밸브(64)를 조절하여, 펌프(60)를 통해 유동하는 냉각유체가 전력변환기(35)만을 거쳐 방열기(20)로 유동하도록 할 수 있다.
제1밸브(62)는 펌프(60)에서 유입되는 냉각유체를 전력변환기(35) 방향으로 배출한다. 제2밸브(64)는 전력변환기(35)로부터 유입되는 냉각유체를 방열기(20)로 배출한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 냉각유체론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
10 : 에너지 저장장치 12 : 케이스
30 : 배터리팩 35 : 전력변환기
60 : 펌프 62 : 제1밸브
64 : 제2밸브

Claims (15)

  1. 전기적으로 연결되는 복수의 배너리셀이 배치되는 배터리팩;
    상기 배터리팩에 배치되는 복수의 배터리셀의 충전 또는 방전을 위해 전기의 특성을 변환시키는 전력변환기;
    상기 배터리팩 또는 상기 전력변환기로 냉각유체를 공급하는 펌프;
    상기 펌프에 의해 유동하는 냉각유체를 공기와 열교환시키는 방열기;
    상기 펌프에서 배출되는 용액을 상기 전력전환장치 또는 상기 배터리팩으로 보내는 제1밸브;
    상기 전력변환장치로부터 배출되는 용액을 상기 배터리팩 또는 상기 방열기로 보내는 제2밸브를 포함하는 에너지 저장장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1밸브와 상기 전력변환기를 연결하는 전력변환기유입관과;
    상기 제2밸브에서 배출되는 냉각유체를 상기 방열기로 보내는 방열기유입관과;
    상기 제1밸브에서 배출되는 냉각유체를 상기 배터리팩으로 보내는 제1밸브배출관과;
    상기 제2밸브에서 배출되는 냉각유체를 상기 배터리팩으로 보내는 제2밸브배출관과;
    상기 제1밸브배출관과 제2밸브배출관이 합지되고 상기 배터리팩과 연결되는 배터리팩유입관을 포함하는 에너지 저장장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2밸브배출관에는 냉각유체가 상기 제2밸브 방향으로 역류하는 것을 방지하는 체크밸브가 배치되는 에너지 저장장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1밸브는, 상기 펌프로부터 유입되는 냉각유체를 상기 전력변환기와 상기 배터리팩 중 하나로 보내거나, 상기 전력변환기와 상기 배터리팩 각각으로 보내는 에너지 저장장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1밸브와 상기 제2밸브의 작동을 조절하는 제어부와,
    상기 배터리팩의 온도를 감지하는 배터리팩 온도센서와;
    상기 전력변환기의 온도를 감지하는 전력변환기 온도센서를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 배터리팩 온도선세로부터 감지되는 온도와, 상기 전력변환기 온도센서로부터 감지되는 온도를 바탕으로 상기 배터리팩과 상기 전력변환기로 공급되는 냉각유체의 유량을 조절하는 에너지저장장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 방열기에서 배출되는 냉각유체의 온도를 감지하는 냉각유체온도센서와;
    상기 방열기로 외부공기를 공급하는 방열팬를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 냉각유체 온도센서로부터 감지되는 냉각유체의 온도가 제1설정온도를 초과할 때, 상기 방열팬의 회전속도를 증가시커고, 상기 방열기로 공급되는 냉각유체의 유량이 증가하도록 상기 펌프를 작동시키는 에너지 저장장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 전력변환기와 상기 배터리팩을 동시에 냉각시키는 동시냉각모드에서, 상기 제1밸브는, 상기 펌프로부터 유입되는 냉각유체를 상기 전력변환기와 상기 배터리팩 각각으로 배출시키는 에너지 저장장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 동시냉각모드에서,
    상기 제어부는 상기 펌프로부터 배출되는 냉각유체의 유량이 커지도록 상기 펌프의 작동을 조절하는 에너지 저장장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 동시냉각모드에서,
    상기 제어부는, 상기 배터리팩 온도선세로부터 감지되는 온도와, 상기 전력변환기 온도센서로부터 감지되는 온도를 비교하고, 상기 배터리팩과 상기 전력변환기 중에서 온도가 높은 곳으로 냉각유체의 유량이 커지도록 상기 제1밸브를 조절하는 에너지 저장장치.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 전력변환기를 냉각하고 상기 배터리팩을 가열하는 병합모드에서,
    상기 제어부는, 상기 펌프에 의해 유동하는 냉각유체를 상기 전력변환기와 상기 배터리팩으로 순차적으로 유동하도록 상기 제1밸브와 상기 상기 제2밸브를 조절하는 에너지 저장장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 병합모드에서, 상기 제어부는, 상기 펌프에서 공급되는 냉각유체가 상기 전력변환기로 공급되도록 상기 제1밸브를 조절하고, 상기 전력변환기로부터 공급되는 냉각유체가 상기배터리팩으로 공급되도록 상기 제2밸브를 조절하는 에너지 저장장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 방열기로 외부공기를 공급하는 방열팬를 더 포함하고,
    상기 병합모드에서 상기 제어부는 상기 방열팬의 작동을 정지시키는 에너지 저장장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1밸브 또는 상기 제2밸브는, 유입구가 하나이고, 배출구가 2개인 삼방밸브를 사용하는 에너지 저장장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1밸브와 상기 제2밸브 각각은,
    내부에 냉각유체가 유동하는 유로를 형성하고 일측에 유입구와 서로 다른 방향으로 개구된 제1배출구 및 제2배출구가 형성된 분배관;
    상기 분배관 내부에 회전가능하게 배치되고, 상기 분배관 내부를 유동하는 냉각유체의 유동방향을 조절하는 회전밸브; 및
    상기 분배관의 일측에 배치되고, 상기 회전밸브를 회전시키는 밸브모터를 포함하고,
    상기 회전밸브가 회전함에 따라 상기 유입구로부터 유동하는 냉각유체를 상기 제1배출구 또는 상기 제2배출구로 보내는 에너지 저장장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 분배관은,
    상기 유입구가 형성되고 내부에 유입유로를 형성하는 유입관;
    상기 제1배출구가 형성되고 내부에 제1배출유로가 형성된 제1배출관;
    상기 제2배출구가 형성되고 내부에 제2배출유로가 형성된 제2배출관; 및
    상기 유입유로와 상기 제1배출유로 또는 상기 제2배출유로를 연통시키는 분배관바디를 포함하고,
    상기 제1배출관과 상기 제2배출관 각각은 상기 유입관에 수직하게 배치되고,
    상기 회전밸브는 상기 유입유로와 연통되는 밸브유입구가 하측에 형성되고, 하측에 수직한 방향으로 제1밸브배출구와 제2밸브배출구가 형성되며,
    상기 밸브모터는, 상기 제1밸브배출구와 상기 제2밸브배출구 각각의 개구범위를 조절하는 에너지 저장장치.
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