KR20240026674A

KR20240026674A - 에너지 저장장치

Info

Publication number: KR20240026674A
Application number: KR1020220104825A
Authority: KR
Inventors: 장희중; 양동근; 우형석; 손상혁
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2022-08-22
Filing date: 2022-08-22
Publication date: 2024-02-29

Abstract

본 개시의 실시 예들에 따른 에너지 저장장치는, 배터리팩; 배터리팩에 대응하여 배치되는 배터리냉각판; 상기 배터리냉각판으로 냉각수를 유동시키는 펌프; 상기 배터리냉각판을 통과한 냉각수가 나오는 출구유로; 상기 출구유로에 배치되고, 상기 냉각수의 온도가 기준온도 이상이 되면 동작하는 소화용 냉각수 공급 밸브; 상기 배터리팩 내부에 배치되고, 복수의 냉각수 분무홀이 형성되는 소화유로; 및, 상기 소화용 냉각수 공급 밸브의 동작에 따라 상기 냉각수를 상기 소화유로에 공급하는 연결유로;를 포함한다.

Description

에너지 저장장치{Energy Storage System}

본 개시는 에너지 저장장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리 기반의 에너지 저장장치 및 그 동작방법에 관한 것이다.

에너지 저장장치는, 외부로부터의 전원을 저장 또는 충전하였다가, 외부로 저장된 전원을 출력 또는 방전하는 장치이다. 이를 위해, 에너지 저장장치는 배터리를 구비하며, 배터리로의 전원 공급 또는 배터리로부터의 전원 출력 등을 위해 전력변환기가 사용된다.

배터리의 온도가 고온일 때, 폭발, 발화 가능성이 증가한다. 또한, 배터리의 온도가 고온으로 상승한 상태에서 지속적으로 사용되면 배터리 수명이 감소한다. 또한, 배터리의 온도가 저온에서 사용될 경우 내부저항이 높아져 효율성이 떨어지고 고출력이 어렵다. 따라서, 배터리의 온도를 적정 수준에서 관리하는 것이 효율과 안전 측면에서 바람직하다.

선행문헌 US8557414(2011.02.25)는, 공랭식으로 배터리를 냉각하는 방식이다. 선행문헌의 공랭식은, 공기를 압축하기 위한 압축기, 이를 저장하기위한 탱크 등 압축공기를 활용하기 위한 구성이 필요하며, 배터리 내 폐열을 균등하게 회수하는데 어려움이 있다.

본 개시가 해결하고자 하는 과제는, 수랭식으로 배터리 온도를 안정적으로 관리할 수 있는 에너지 저장장치를 제공하는 것이다.

본 개시의 또 다른 과제는, 배터리 냉각에 사용되는 냉각수를 화재 및 열폭주 확산 방지에 활용함으로써, 신뢰성을 향상할 수 있는 에너지 저장장치를 제공하는 것이다.

본 개시의 또 다른 과제는, 운전 조건에 따라 시스템의 온도를 보다 안정적으로 제어함으로써, 시스템의 전체 효율과, 배터리의 수명, 충/방전 속도 및 효율 등이 향상할 수 있는 에너지 저장장치를 제공하는 것이다.

본 개시의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 달성하기 위하여, 본 개시의 실시 예들에 따른 에너지 저장장치는, 배터리팩별로 배터리냉각판들을 배치하고, 배터리냉각판으로 공급하는 냉각수의 유량 및 방향을 제어함으로써, 수랭식으로 배터리팩의 온도를 효과적으로 관리할 수 있다.

상기 과제를 달성하기 위하여, 본 개시의 실시 예들에 따른 에너지 저장장치는, 배터리 온도 상승시 냉각수를 배터리팩 내부로 이동시켜 화재 및 열폭주 확산 방지에 활용할 수 있다.

상기 과제를 달성하기 위하여, 본 개시의 실시 예들에 따른 에너지 저장장치는, 배터리팩; 배터리팩에 대응하여 배치되는 배터리냉각판; 상기 배터리냉각판으로 냉각수를 유동시키는 펌프; 상기 배터리냉각판을 통과한 냉각수가 나오는 출구유로; 상기 출구유로에 배치되고, 상기 냉각수의 온도가 기준온도 이상이 되면 동작하는 소화용 냉각수 공급 밸브; 상기 배터리팩 내부에 배치되고, 복수의 냉각수 분무홀이 형성되는 소화유로; 및, 상기 소화용 냉각수 공급 밸브의 동작에 따라 상기 냉각수를 상기 소화유로에 공급하는 연결유로;를 포함한다.

상기 소화용 냉각수 공급 밸브는, 상기 냉각수의 열로 인해 자동으로 상기 연결유로를 오픈(open)시키는 왁스 밸브일 수 있다.

상기 배터리냉각판은, 상기 배터리팩의 전면과 후면에 배치되는 전면 냉각판과 후면 냉각판을 포함할 수 있다.

상기 출구유로는, 상기 전면 냉각판 및 상기 후면 냉각판과 연결되는 제1 출구유로, 상기 소화용 냉각수 공급 밸브가 배치되는 제2 출구유로, 상기 제1 출구유로와 상기 제2 출구유로가 만나는 위치에 배치되는 T형 커넥터를 포함할 수 있다.

상기 배터리팩을 복수개 구비하고, 상기 배터리냉각판, 상기 출구유로, 상기 소화유로, 상기 연결유로는 각 배터리팩별로 구비될 수 있다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 에너지 저장장치는, 상기 펌프에 의해 유동하는 냉각수를 적어도 하나의 배터리팩에 대응하는 배터리냉각판으로 보내는 분배밸브;를 더 포함할 수 있다.

상기 분배밸브는, 2이상의 T형 커넥터와 연결되고, 상기 냉각수의 유량 및 방향을 조절할 수 있다.

상기 분배밸브는, 2이상의 T형 커넥터와 연결되는 복수의 삼방밸브를 포함할 수 있다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 에너지 저장장치는, 상기 펌프에서 공급되는 냉각수를 상기 복수의 삼방밸브로 분기시키는 입구 삼방밸브;를 더 포함할 수 있다.

상기 분배밸브는, 상기 복수개의 배터리팩 중 최상단에 배치되는 제1 배터리팩의 양면에 배치되는 배터리냉각판들에 연결되는 T형 커넥터와, 상기 제1 배터리팩의 아래에 배치되는 제2 배터리팩의 양면에 배치되는 배터리냉각판들에 연결되는 T형 커넥터에 공급되는 냉각수의 유량과 방향을 조절하는 제1 밸브, 및, 상기 제2 배터리팩의 아래에 배치되는 제3 배터리팩의 양면에 배치되는 배터리냉각판들에 연결되는 T형 커넥터와, 상기 제3 배터리팩의 아래에 배치되는 제4 배터리팩의 양면에 배치되는 배터리냉각판들에 연결되는 T형 커넥터에 공급되는 냉각수의 유량과 방향을 조절하는 제2 밸브를 포함할 수 있다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 에너지 저장장치는, 상기 펌프에서 상기 냉각수가 공급되는 제1 냉각수순환유로; 상기 제1 냉각수순환유로에서 분지되어, 상기 냉각수를 전력변환기 워터 블록으로 공급하는 제2 냉각수순환유로; 상기 제1 냉각수순환유로에서 분지되어, 상기 냉각수를 상기 배터리냉각판으로 공급하는 제3 냉각수순환유로; 상기 전력변환기 워터 블록에서 배출되는 냉각수가 유동하는 제4 냉각수순환유로; 상기 제4 냉각수순환유로에서 분지되어, 상기 냉각수를 상기 배터리냉각판으로 공급하는 제5 냉각수순환유로; 상기 제4 냉각수순환유로에서 분지되어, 상기 냉각수를 상기 열교환기로 공급하는 바이패스유로; 상기 배터리냉각판의 출구유로, 및, 상기 바이패스유로에 연결되는 제6 냉각수순환유로; 상기 열교환기의 입구 및 상기 제6 냉각수순환유로에 연결되는 제1 열교환기유로; 상기 열교환기의 출구 및 상기 펌프에 연결되는 제2 열교환기유로; 일단이 상기 제6 냉각수순환유로와 상기 제1 열교환기유로 사이에 연결되고, 타단이 상기 제2 열교환기유로와 상기 펌프 사이에 연결되는 제7 냉각수순환유로; 상기 제2 열교환기유로와 상기 제7 냉각수순환유로에 연결되어 상기 냉각수를 상기 펌프로 유동시키는 제8 냉각수순환유로;를 더 포함할 수 있다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 에너지 저장장치는, 상기 제7 냉각수순환유로에 배치되어 상기 제7 냉각수순환유로를 개폐하는 바이패스밸브;를 더 포함할 수 있다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 에너지 저장장치는, 상기 제1 열교환기유로에 배치되어 상기 제1 열교환기유로를 개폐하는 열교환기밸브;를 더 포함할 수 있다.

상기 복수개의 배터리팩 중 하나 이상의 배터리팩에서 감지되는 배터리 온도가 소정 온도 이상이면, 상기 펌프를 온(on)으로 제어하고, 상기 소정 온도 이상인 배터리팩으로 상기 냉각수를 공급하도록 상기 분배밸브를 제어하며, 상기 열교환기밸브는 오프 제어할 수 있다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 에너지 저장장치는, 상기 제1 냉각수순환유로의 냉각수를 상기 제2 냉각수순환유로와 상기 제3 냉각수순환유로로 분배하는 제1 삼방밸브; 상기 제4 냉각수순환유로의 냉각수가 상기 제5 냉각수순환유로 또는 상기 제6 냉각수순환유로에 선택적으로 공급되도록하는 제2 삼방밸브;를 더 포함할 수 있다.

예열 모드에서, 상기 펌프가 동작하고, 상기 제1 삼방밸브는, 상기 펌프에서 공급되는 냉각수를 상기 제2 냉각수순환유로에 공급하며, 상기 제2 삼방밸브는, 상기 제4 냉각수순환유로의 냉각수를 상기 배터리냉각판에 공급하고, 상기 바이패스밸브는 상기 제7 냉각수순환유로를 오픈(open)시키고, 상기 열교환기밸브는 상기 제1 열교환기유로를 클로즈(close)시킬 수 있다.

본 개시의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 수랭식으로 배터리 온도를 안정적으로 관리할 수 있다.

또한, 본 개시의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 배터리 냉각에 사용되는 냉각수를 화재 및 열폭주 확산 방지에 활용함으로써, 신뢰성을 향상할 수 있다.

또한, 본 개시의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 운전 조건에 따라 시스템의 온도를 보다 안정적으로 제어함으로써, 시스템의 전체 효율과, 배터리의 수명, 충/방전 속도 및 효율 등이 향상할 수 있다.

한편, 그 외의 다양한 효과는 후술될 본 개시의 실시 예에 따른 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시될 것이다.

도 1a와 도 1b는 본 개시의 실시 예에 따른 에너지 저장장치를 포함하는 에너지 공급 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 개시의 실시 예에 따른 에너지 저장장치를 포함하는 홈 에너지 서비스 시스템의 개념도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따른 복수의 배터리팩을 포함하는 에너지 저장장치의 분해사시도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 배터리 냉각에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 5와 도 6은 본 개시의 일 실시 예에 따른 배터리 화재 확산 방지에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 7은 본 개시의 일 실시 예에 따른 배터리 냉각에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 8은 본 개시의 일 실시 예에 따른 배터리 화재 확산 방지에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 9는 본 개시의 일 실시 예에 따른 에너지 저장장치의 정상 운전에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 10은 본 개시의 일 실시 예에 따른 에너지 저장장치의 화재 확산 방지 운전에 관한 설명에 참조되는 도면이다.
도 11은 본 개시의 일 실시 예에 따른 에너지 저장장치의 동작방법의 순서도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 개시의 실시 예를 상세하게 설명한다. 그러나 본 개시는 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 변형될 수 있음은 물론이다.

도면에서는 본 개시를 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다.

한편, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.

또한, 본 명세서에서, 다양한 요소들을 설명하기 위해 제1, 제2 등의 용어가 이용될 수 있으나, 이러한 요소들은 이러한 용어들에 의해 제한되지 아니한다. 이러한 용어들은 한 요소를 다른 요소로부터 구별하기 위해서만 이용된다.

도면들에서 사용되는 상(U), 하(D), 좌(Le), 우(Ri), 전(F), 후(R)는 배터리팩과 배터리팩을 포함하는 에너지저장장치를 설명하기 위한 것으로, 기준에 따라 다르게 설정될 수 있다.

도 1a와 도 1b는 본 개시의 실시 예에 따른 에너지 저장장치를 포함하는 에너지 공급 시스템의 개념도이다.

도 1a와 도 1b를 참조하면, 에너지 공급 시스템은, 전기 에너지가 저장되는 배터리(35) 기반의 에너지 저장장치(1), 전력 수요처인 부하(7), 및 외부의 전력공급원으로 제공되는 계통(9)을 포함할 수 있다.

에너지 저장장치(1)는, 계통(9) 등으로부터 받은 전기 에너지를 직류(DC) 형태로 저장(충전)하거나 저장되어 있는 전기 에너지를 계통(9) 등에 출력(방전)하는 배터리(35), 상기 배터리(35)의 충전 또는 방전을 위해 전기적 특성(예를 들어, AC/DC 상호변환, 주파수, 전압)을 변환시키는 전력변환기(32)(PCS : Power Conditioning System), 배터리(35)의 전류, 전압, 온도 등의 정보를 모니터링하고 관리하는 배터리관리기(34)(BMS : Battery Management System)를 포함한다.

상기 계통(9)은 전력을 생산하는 발전설비, 송전선로 등을 포함할 수 있다. 상기 부하(7)는, 전력을 소비하는 수요처로, 냉장고, 세탁기, 에어컨, TV, 로봇 청소기, 로봇 등의 홈 어플라이언스, 차량, 드론 등의 이동형 전자 기기 등을 포함할 수 있다.

에너지 저장장치(1)는, 외부로부터의 전원을 배터리(35)에 저장하였다가, 외부로 전원을 출력할 수 있다. 예를 들어, 에너지 저장장치(1)는, 외부로부터의 직류 전원 또는 교류 전원을 입력받아, 배터리(35)에 저장하였다가, 외부로 직류 전원 또는 교류 전원을 출력할 수 있다.

한편, 배터리(35)는 주로 직류 전원을 저장하므로, 에너지 저장장치(1)는, 직류 전원을 입력받거나 입력받은 교류 전원을 직류 전원으로 전환하여 배터리(35)에 저장하고, 배터리(35)에 저장된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여, 계통(9) 또는 부하(7)에 공급할 수 있다.

이때, 에너지 저장장치(1) 내의 전력변환기(32)가, 전력 변환을 수행하고, 배터리(35)로 전압 충전하거나, 배터리(35)에 저장된 직류 전원을 계통(9) 또는 부하(7)에 공급할 수 있다.

에너지 저장장치(1)는 계통으로부터 공급되는 전원에 기초하여 배터리(35)를 충전하고, 필요시 배터리(35)를 방전할 수 있다. 예를 들어, 정전과 같은 비상상황, 계통(9)에서 공급되는 전기 에너지의 요금이 비싼 시간대, 날짜, 계절에, 배터리(35)에 저장된 전기 에너지를 부하(7)에 공급할 수 있다.

에너지 저장장치(1)는, 태양광 등 신재생에너지원으로부터 발전된 전기 에너지를 저장함으로써 신재생에너지 발전의 안전성 및 편의성을 향상할 수 있고, 비상전원으로 사용할 수 있는 장점이 있다. 또한, 에너지 저장장치(1)를 이용하면, 시간대 및 계절별 변동이 큰 부하를 평준화(Load Leveling)시킬 수 있고, 에너지 소비 및 비용을 절약할 수 있다.

상기 배터리관리기(34)는 상기 배터리(35)의 온도, 전류, 전압, 충전량 등을 측정하고, 상기 배터리(35)의 상태를 모니터링 할 수 있다. 또한, 상기 배터리관리기(34)는 상기 배터리(35)의 상태 정보에 기초하여 상기 배터리(35)의 동작 환경을 최적화되도록 제어하고 관리할 수 있다.

한편, 에너지 저장장치(1)는, 상기 전력변환기(32)를 제어하는 전력관리기(31a)(PMS: Power Management System)을 포함할 수 있다.

전력관리기(31a)는 상기 배터리(35) 및 상기 전력변환기(32) 상태에 대한 모니터링과 제어하는 기능을 수행할 수 있다. 전력관리기(31a)는 에너지 저장장치(1)의 전반적인 동작을 제어하는 컨트롤러(contoller)일 수 있다.

상기 전력변환기(32)는, 상기 전력관리기(31a)의 제어지령에 따라 상기 배터리(35)의 전력분배를 제어할 수 있다. 상기 전력변환기(32)는, 계통(9), 태양광 등 연결된 발전 수단, 상기 배터리(35)와 부하(7)의 연결상태에 따라서 전력을 변환할 수 있다.

한편, 상기 전력관리기(31a)는, 상기 배터리관리기(34)로부터 상기 배터리(35)의 상태 정보를 전달받을 수 있다. 상기 전력변환기(32) 및 상기 배터리관리기(34)에 제어지령을 전송할 수 있다.

상기 전력관리기(31a)는 와이파이 통신모듈 등 통신수단과, 메모리를 포함할 수 있다. 상기 메모리에는 에너지 저장장치(1)의 동작에 필요한 다양한 정보가 저장될 수 있다. 실시 예에 따라서, 상기 전력관리기(31a)는, 복수의 스위치를 포함하고, 전력 공급 경로를 제어할 수 있다.

상기 전력관리기(31a) 및/또는 상기 배터리관리기(34)는 적류 적산법, 개방회로전압(OCV : Open Circuit Voltage)를 기반으로 한 충전량(SOC: State Of Charge) 산출법 등 이미 공지된 다양한 방식의 SOC 산출 기법을 사용하여 상기 배터리(35)의 SOC를 산출할 수 있다. 배터리(35)는 충전량이 최대충전량을 넘어서는 경우에 배터리가 과열되고 불가역적으로 동작할 수 있다. 마찬가지로 상기 충전량이 최소충전량 이하가 되는 경우에는 배터리가 열화하고 회복 불능의 상태가 될 수 있다. 상기 전력관리기(31a) 및/또는 상기 배터리관리기(34)는 상기 배터리(35)의 내부 온도와 충전량 등을 실시간으로 모니터링하여 최적의 사용영역과 최대 입출력 파워를 제어할 수 있다.

상기 전력관리기(31a)는 상위 제어기인 에너지관리기(31b)(EMS: Energy Management System)의 제어에 따라 동작할 수 있다. 상기 전력관리기(31a)는 상기 에너지관리기(31b)의 지령을 받아 에너지 저장장치(1)를 제어할 수 있고, 에너지 저장장치(1)의 상태를 상기 에너지관리기(31b)에 전달할 수 있다. 상기 에너지관리기(31b)는 에너지 저장장치(1)에 구비되거나 에너지 저장장치(1)의 상위 시스템에 구비될 수 있다.

상기 에너지관리기(31b)는 요금정보, 전력 사용량, 및 환경정보 등을 정보를 수신하고, 사용자의 에너지 생산, 저장, 및 소비 패턴에 따라 상기 에너지 저장장치(1)를 제어할 수 있다. 상기 에너지관리기(31b)는 상기 전력관리기(31a)를 모니터링하고 제어하기 위한 운영시스템으로 제공될 수 있다.

에너지 저장장치(1)의 전반적인 동작을 제어하는 컨트롤러는 상기 전력관리기(31a) 및/또는 상기 에너지관리기(31b)를 포함할 수 있다. 실시 예에 따라서, 상기 전력관리기(31a)와 상기 에너지관리기(31b)는, 어느 하나가 나머지 하나의 기능도 수행할 수 있다. 또한, 상기 전력관리기(31a)와 상기 에너지관리기(31b)는 하나의 제어기로 통합되어 일체로 제공될 수 있다.

한편, 에너지 저장장치(1)의 설치 용량은 고객의 설치 조건에 따라 다르며, 상기 전력변환기(32)와 배터리(35)를 복수개 연결하여 필요한 용량까지 확대할 수 있다.

에너지 저장장치(1)는 계통(9)과 별도로 적어도 하나의 발전 장치(도 2의 3 참조)와 연결될 수 있다. 발전 장치(3)는, 직류 전원을 출력하는 풍력 발전 장치, 수력을 이용하여 직류 전원을 출력하는 수력 발전 장치, 조력을 이용하여 직류 전원을 출력하는 조력 발전 장치, 또는 지열 등의 열을 이용하여 직류 전원을 출력하는 열 발전 장치 등을 포함할 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해, 발전 장치(3)로 태양광 발전장치를 중심으로 기술한다.

도 2는 본 개시의 실시 예에 따른 에너지 저장장치를 포함하는 홈 에너지 서비스 시스템의 개념도이다.

도 2를 참조하면, 에너지 저장장치(1)는, 발전소(5) 등 계통(9), 태양광 발전기(3) 등 발전 장치, 다수의 부하들(7x1, 7y1)과 연결될 수 있다.

태양광 발전기(3)에서 생성된 전기 에너지는 PV 인버터(4)에서 변환되어 계통(9), 에너지 저장장치(1), 부하들(7x1, 7y1)에 공급될 수 있다. 도 3을 참조하여 설명한 것과 같이, 설치 유형에 따라 태양광 발전기(3)에서 생성된 전기 에너지는 에너지 저장장치(1)에서 변환되어 계통(9), 에너지 저장장치(1), 부하들(7x1, 7y1)에 공급될 수도 있다.

한편, 에너지 저장장치(1)는 하나 이상의 무선 통신 모듈을 구비하고, 단말기(6)와 통신할 수 있다. 사용자는 단말기(6)를 통하여 에너지 저장장치(1) 및 홈 에너지 서비스 시스템의 상태를 모니터링하고 제어할 수 있다. 또한, 홈 에너지 서비스 시스템은 클라우드(5) 기반의 서비스를 제공할 수 있다. 사용자는 장소에 구애받지 않고 단말기(6)를 통하여 클라우드(5)와 통신하며 홈 에너지 서비스 시스템의 상태를 모니터링하고 제어할 수 있다

본 개시의 일 실시 예에 따르면, 상술한 배터리(35), 배터리관리기(34), 전력변환기(32)는 하나의 케이싱(12) 내부에 배치될 수 있다. 이렇게 하나의 케이싱(12)에 통합 배치되는 배터리(35), 배터리관리기(34), 전력변환기(32)는 전력의 저장과 변환을 수행할 수 있어 올인원 에너지 저장장치(1a)로 명명할 수 있다.

또한, 상기 케이싱(12) 외부의 별도의 외함(enclosures)(1b)에는 전력관리기(31a), 자동전환스위치(ATS: Auto transfor switch), 스마트 미터, 스위치 등 전력 분배를 위한 구성, 단말기(6), 클라우드(5) 등과의 통신을 위한 통신 모듈이 배치될 수 있다. 이렇게 하나의 외함(1)에 전력 분배 및 관리와 관련된 구성이 통합된 구성은 스마트 에너지 박스(1b)로 명명될 수 있다.

상기 스마트 에너지 박스(1b)에는 상술한 전력관리기(31a)가 수용될 수 있다. 상기 스마트 에너지 박스(1b)에 에너지 저장장치(1)의 전반적인 전원 공급 연결을 제어하는 컨트롤러가 배치될 수 있다. 상기 컨트롤러는 상술한 전력관리기(31a)일 수 있다.

또한, 상기 스마트 에너지 박스(1b)에는 스위치들이 수용되어, 연결된 계통 전*(5,9), 태양광 발전기(3), 올인원 에너지 저장장치(1a)의 배터리(35), 부하들(7x1, 7y1)의 연결 상태를 제어할 수 있다. 부하들(7x1, 7y1)은 부하 패널(7x2, 7y2)들을 통하여 상기 스마트 에너지 박스(1b)에 연결될 수 있다.

한편, 상기 스마트 에너지 박스(1b)에는 계통 전원(5,9) 및 태양광 발전기(3)과 연결된다. 또한, 상기 계통(5,9)에 정전이 발생하면, 상기 태양광 발전기(3)에서 생산되거나 상기 배터리(35)에 저장된 전기 에너지가 소정 부하(7y1)로 공급되도록 스위칭되는 자동전환스위치(ATS)가 상기 스마트 에너지 박스(1b)에 배치될 수 있다.

또는, 상기 전력관리기(31a)가 상기 자동전환스위치(ATS) 기능을 수행할 수도 있다. 예를 들어, 상기 전력관리기(31a)는, 상기 계통(5,9)에 정전이 발생하면, 상기 태양광 발전기(3)에서 생산되거나 또는 상기 배터리(35)에 저장된 전기 에너지가 소정 부하(7y1)로 공급되도록 릴레이 등 스위치를 제어할 수 있다.

한편, 각 전류 공급 경로에는 전류 센서, 스마트 미터 등이 배치될 수 있다. 에너지 저장장치(1)와 태양광 발전기(3)를 통해 생산된 전기는, 스마트 미터(적어도 전류센서)를 통해 전력량이 측정되고 관리될 수 있다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 에너지 저장장치(1)는, 적어도 올인원 에너지 저장장치(1a)를 포함한다. 또한, 본 개시의 일 실시 예에 따른 에너지 저장장치(1)는 올인원 에너지 저장장치(1a)와 스마트 에너지 박스(1b)를 포함함으로써, 전력의 저장, 공급, 분배, 통신, 제어를 간편하고 효율적으로 수행할 수 있는 통합 서비스를 제공할 수 있다.

한편, 본 개시의 일 실시 예에 따른 에너지 저장장치(1)는 복수의 운전모드로 동작할 수 있다. PV 자가소비(self consumption) 모드는, 태양광 발전 전력을 부하에서 먼저 사용하고, 남는 전력을 에너지 저장장치(1)에 저장한다. 예를 들어, 낮에 태양광 발전기(3)에서 부하들(7x1, 7y1)의 사용량보다 많은 전력이 생성되면, 배터리(35)를 충전한다.

요금제 기반 충방전 모드는, 시간대 4개를 설정 입력하고, 전기 요금이 비싼 시간대에는 배터리(35)를 방전시키고 전기 요금이 싼 시간대에서는 배터리(35)를 충전시킬 수 있다. 에너지 저장장치(1)는 요금제 기반 충방전 모드로 사용자의 전기 요금 절약에 도움을 줄 수 있다.

백업온리모드는, 정전 등 비상상황을 대비한 모드로, 일기예보로 태풍이 예상되거나, 기타 정전 가능성이 있을 때, 배터리(35)를 최대치까지 충전하고, 비상시 필수부하(7y1)로 공급하는 것을 최우선순위로 동작할 수 있다.

도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따른 복수의 배터리팩을 포함하는 에너지 저장장치의 분해사시도이다.

도 3을 참조하면, 본 개시의 일 실시 예에 따른 에너지 저장장치(1)는, 상하방향으로 배치되는 복수의 배터리팩(10), 복수의 배터리팩(10)이 배치되는 공간을 형성하는 케이싱(12), 케이싱(12)의 전면을 개폐하는 도어(28)를 포함한다.

케이싱(12)은, 전방이 개구된 형태를 가질 수 있다. 케이싱(12)은 후방을 커버하는 케이싱후방벽(14)과, 케이싱후방벽(14)의 양측단에서 전방으로 연장되는 한 쌍의 케이싱측벽(20), 케이싱후방벽(14)의 상단에서 전방으로 연장되는 케이싱탑벽(24), 및 케이싱후방벽(14)의 하단에서 전방으로 연장되는 케이싱베이스(26)를 포함할 수 있다. 케이싱후방벽(14)에는, 상기 배터리팩(10)과 체결되도록 형성된 팩체결부(16)를 포함한다.

한 쌍의 케이싱측벽(20) 중 하나에는, 에너지 저장장치(1)의 전원을 온/오프하는 스위치(22a, 22b)가 배치될 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에서는, 제1스위치(22a)와 제2스위치(22b)가 배치되고, 제1,2 스위치(22a, 22b) 스위칭 조합으로만 전원이 온되어 에너지 저장장치(1)의 안전성을 강화할 수 있다.

상기 케이싱(12)의 내부에는, 배터리의 충전 또는 방전을 위해 전기의 특성을 변환시키는 전력변환기(32)(PCS : Power Conditioning System), 배터리팩(10) 및/또는 배터리팩(10)에 포함되는 배터리셀의 전류, 전압, 온도 등의 정보를 모니터링하는 배터리관리기(BMS : Battery Management System)가 배치될 수 있다.

전력변환기(32)는, 회로기판(33)과, 회로기판(33)(이하, PCS 보드)의 일측에 배치되고 전력 변환을 수행하는 스위칭소자(33a)(예를 들어, Insulated gate bipolar transistor; IGBT)를 포함할 수 있다.

배터리관리기(34)는, 복수의 배터리팩(10a, 10b, 10c, 10d) 각각에 배치되는 배터리팩 회로기판(미도시)과 케이싱(12) 내부에 배치되고 복수의 배터리팩 회로기판과 통신선(미도시)으로 연결되는 메인회로기판(34a)을 포함할 수 있다.

메인회로기판(34a)은, 복수의 배터리팩(10a, 10b, 10c, 10d) 각각에 배치되는 배터리팩 회로기판(220)과 통신선으로 연결될 수 있다. 메인회로기판(34a)은, 배터리팩(10)으로부터 연장되는 파워선(198)과 연결될 수 있다.

케이싱(12) 내부에는 복수의 배터리팩(10a, 10b, 10c, 10d)이 배치된다. 복수의 배터리팩(10a, 10b, 10c, 10d)은 상하방향으로 배치될 수 있다. 복수의 배터리팩(10) 각각은, 케이싱(12)에 고정되게 배치된다. 복수의 배터리팩(10a, 10b, 10c, 10d) 각각은 케이싱후방벽(14)에 배치되는 팩체결부(16)에 체결된다.

각 배터리팩(10)은, 직병렬로 연결되는 복수의 배터리셀을 포함하는 적어도 하나의 배터리모듈(미도시)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 배터리팩(10)은, 서로 전기적으로 연결되고, 물리적으로 고정된 2개의 배터리모듈(미도시)로 구성된 배터리모듈 어셈블리(미도시)를 포함할 수 있다. 배터리모듈 어셈블리는 서로 마주하게 배치되는 제1배터리모듈과 제2배터리모듈을 포함할 수 있다. 상기 제1,2 배터리모듈은 각각 복수의 배터리셀의 정보를 감지하는 센싱기판(미도시)을 포함하고, 배터리팩 회로기판은 상기 센싱기판으로부터 상기 제1,2 배터리모듈의 센싱정보를 수집하고 상기 배터리관리기(34)에 전달할 수 있다.

본 개시의 실시 예에 따른 에너지 저장장치(1)는, 전기를 저장할 수 있는 배터리(35)와, 배터리(35)의 입출력을 담당하는 전력 변환기(32)와, 배터리(35) 등 내부 부품의 온도를 조절하기 위한 열 관리 시스템을 포함한다.

본 개시의 실시 예에 따른 ESS 열 관리 시스템은, 시스템 구동시 배터리(35), 전력 변환기(32), 리액터 등에서 발생하는 폐열을 회수하며, 회수된 폐열을 외부로 방출하여, 배터리(35), 전력 변환기(32)의 온도를 저감시킴으로써, 시스템의 효율을 향상시키기 위한 수랭식 온도 제어 시스템이다. 기존 공랭식 열 관리 시스템을 사용할 경우 열 회수 효율이 낮아 시스템 내 각 부품의 온도가 높게 형성될 수 있다. 배터리 충전 및 방전시 배터리의 온도를 일정 온도 범위내로 안정적으로 유지시킬 경우, 배터리내 충전 및 방전 속도가 증가하여 배터리 사용 효율이 증가되는 장점이 있다.

본 개시에 따르면, 열 관리 시스템으로써, 에너지 저장장치(1)는 상기 배터리팩(10), 상기 PCS 보드(33) 등 내부 구성을 냉각시키는 냉각 모듈(40)을 포함한다. 본 개시의 실시 예에 따르면, 냉각 모듈(40)은 수랭식 냉각 방식으로 상기 배터리팩(10), 상기 PCS 보드(33) 등을 냉각시킬 수 있다.

예를 들어, 각 배터리팩(10)에 대응하여 배터리냉각판(50)이 배치되고, 냉각수가 냉각수 유로(60)를 따라 냉각 모듈(40)과 배터리냉각판(50) 사이를 순환하면서 배터리팩(10)을 냉각시킬 수 있다. 냉각수 유로(60)는, 냉각 모듈(40)로부터 냉각수가 배터리냉각판(50)으로 유입되는 입구유로(60b)와 배터리냉각판(50)으로부터 냉각수가 냉각 모듈(40)로 배출되는 출구유로(60a)를 포함할 수 있다.

냉각수 공급 및 누설의 문제점을 고려하여 절연성능을 가지는 냉각수를 적용하며, 저온에도 사용가능한 냉각수가 더 바람직하다.

냉각 모듈(40)은, 냉각수 순환을 위한 펌프, 시스템 운전 중 회수한 폐열을 공기측과 열교환으로 방출시키는 열교환기 및 팬을 포함함으로써, 폐열 회수에 따라 가열된 냉각수를 최저 대기온도까지 냉각시켜 순환시킬 수 있다.

냉각 모듈(40)은, 플레이트(41)로 지지되고, 플레이트(41)를 통하여 PCS 보드 등과 접촉할 수 있다.

열 관리 시스템은, 냉각 모듈(40) 외 각부 냉각을 위해 배터리측 워터 블록(배터리냉각판(50)), PCS측 워터 블록, 리액터측 워터 블록 등을 포함한다.

배터리측 워터 블록은 배터리 모듈 적용 개수에 따라 비례하여 증가하도록 구성되고, 평상시 냉각수 유량이 각 워터 블록에 균등하게 공급되도록 구성하고 있다.

각 발열체 부품별로 구성되어진 워터 블록은 내부에 냉각수가 흐르며, 발열체와 면접촉을 통해 폐열을 회수하도록 구성하고 있다. 그리고 열 관리 시스템을 효율적으로 운용하기 위해 각 부품별 워터 블록 후단부에 온도센서가 배치되어 출수 온도를 감지한다.

또한, 열 관리 시스템은, 냉각수의 유로를 필요에 따라 절환할 수 있도록 밸브를 적용하고, 각 발열부에 공급하는 유체의 유량이 가변하며, 그에 따라 발열부의 온도를 목표 온도 범위내로 유지할 수 있도록 제어할 수 있다.

상기 전력관리기(31a) 또는 상기 배터리관리기(34)가 열 관리 시스템도 제어하는 컨트롤러일 수 있다. 또는 열 관리 시스템은 별도의 컨트롤러를 구비할 수 있다. 컨트롤러로 온도 센서 등 센싱 정보가 전달되고, 컨트롤러는 열 관리 시스템의 운전 모드, 펌프, 팬, 밸브의 동작(개폐, 개도 조절)을 제어할 수 있다.

시스템 내 부품의 예열을 하기 위한 조건일 경우, 열교환기의 냉각수 입구 측에 배치되는 개폐 밸브(ex, 1Way 밸브) 제어를 통해, 열교환기를 사용하지 않고, PCS의 무효전력 제어로 일부 전력을 소모함으로써 열을 발생시키고, 이때 발생된 폐열을 회수하여 배터리를 예열하게 된다. 해당 제어를 통해 예열된 배터리는 배터리 충전 가능량 및 충전 속도가 증가되어 ESS 시스템을 더욱 효율적은 운용할 수 있다. 이와 같이 ESS 열 관리 시스템을 통해 고온 조건에서는 냉각, 저온 조건에서는 예열을 통해 배터리 운전 범위 및 충전 속도를 향상시켜 시스템은 운용 범위를 확장시킬 수 있다.

가정용 ESS 제품의 경우 운전 조건에 따라 크게 4가지의 운전 모드를 구성할 수 있다.

첫번째 운전 모드는 PCS 및 배터리 냉각 모드이다. PCS 및 배터리 냉각 모드는 ESS 배터리 사용으로 PCS 및 배터리, 리액터에서 발열이 발생하는 경우로 각 발열부에서 발생한 폐열은 회수 후 열교환기에서 대기중으로 방출할 수 있다.

두번째 운전 모드는 저외기온 운전 및 대기 상태로서 PCS의 발열을 통해 가열된 냉각수로 배터리를 냉각하기 위한 PCS 냉각 및 배터리 가열 모드이다. PCS 냉각 및 배터리 가열 모드에서는 열교환기를 사용하지 않는다.

세번째 운전 모드는 정상 운전 종료 후 PCS만 냉각 되어진 경우 배터리 모듈을 냉각함으로써 배터리 효율을 향상시키기 위한 배터리 단독 냉각 모드이다. 배터리 단독 냉각 모드는 시스템 운전 종료시 Thermal Mass가 적은 PCS만 조기 냉각되었을 경우 추가적으로 배터리를 냉각하기 위한 운전 모드이다.

네번째 운전 모드는 PCS 단독 냉각 모드이다. PCS 단독 냉각 모드는 운전 시간이 짧거나 출력이 적어 배터리 발열은 거의 없으나 PCS만 발열이 높은 경우 PCS를 주로 냉각하기 위한 운전 모드이다.

이하에서는, 도면들을 참조하여, 배터리 냉각 시스템을 포함하는 열 관리 시스템을 상세히 설명한다.

도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 배터리 냉각에 관한 설명에 참조되는 도면으로, 배터리팩(10)을 2개(10a, 10b)에 연결되는 입구유로(91)와 출구유로(92), 및, 상기 입구유로(91)와 출구유로(92)에 배치되는 밸브(70, 80) 구성 예를 상세히 도시한 것이다.

도 3과 도 4를 참조하면, 에너지 저장장치(1)는, 하나 이상의 배터리팩(10), 배터리팩(10)에 대응하여 배치되는 배터리냉각판(50), 및, 냉각 모듈(40)을 포함한다. 도 4에서는 제1 배터리팩(10a)과 제2 배터리팩(10b)이 예시된다.

케이싱(12)은 내부에 각종 부품을 수용하는 공간을 형성하다. 상기 배터리팩(10), 상기 배터리냉각판(50), 및, 상기 냉각 모듈(40)은 상기 케이싱(12) 내부에 배치된다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 에너지 저장장치(1)는, 냉각수를 이용한 수랭식 열 관리 시스템을 포함한다. 냉각 모듈(40)은, 상기 냉각수를 유동시키는 펌프(42)를 포함한다. 상기 펌프(42)가 동작하면, 냉각수가 상기 배터리냉각판(50) 등 워터 블록에 공급될 수 있다.

또한, 냉각 모듈(40)은, 상기 펌프(42)에 의해 유동하는 냉각수를 공기와 열교환시키는 열교환기(43)를 포함한다. 또한, 냉각 모듈(40)은, 상기 열교환기(43)로 외부공기를 공급하는 방열팬(44)을 포함할 수 있다. 상기 방열팬(44)은, 제1 방열팬(44a)과 제2 방열팬(44b)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 방열팬(44)은, 상기 냉각수의 온도에 대응하여 회전수가 가변될 수 있다.

펌프(42)의 동작으로 상기 냉각수는 유로(60)를 따라 배터리냉각판(50)에 유입되고, 배터리팩(10)에서 발생하는 열을 흡수한다. 배터리냉각판(50)을 통과한 냉각수는 열교환기(43)에서 열교환되고, 열이 대기 중으로 방출된다.

컨트롤러는 필요에 따라 펌프(42)를 동작시켜 냉각수를 순환시킨다. 배터리팩(10)에서 발생된 열을 냉각수와 열교환하여 흡수하고 열교환기(43)와 방열팬(44)을 이용하여 대기와 다시 열교환하는 방식으로 열을 방출한다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 에너지 저장장치(1)는, 수냉식으로 냉각수를 이용하여 배터리팩(10) 등 내부 발열체의 과열을 방지한다. 따라서, 냉각수의 온도를 안정적으로 관리할수록 전체 냉각 성능도 향상할 수 있다.

더욱 바람직하게는, 에너지 저장장치(1)는 상기 배터리팩(10)을 복수개 구비하고, 상기 배터리냉각판(50)도 복수개로 각 배터리팩(10)에 대응하여 구비할 수 있다.

상기 펌프(42)는, 냉각수를 유동시키고, 배터리팩(10) 측 배터리냉각판(50)으로 유입된 냉각수는 상기 배터리팩(10)을 냉각시킬 수 있다. 복수개의 배터리팩(10a, 10b, 10c, 10d)이 상하방향으로 배치되고, 각 배터리팩(10a, 10b, 10c, 10d)별로 하나 이상의 배터리냉각판(50)이 배치될 수 있다. 상기 배터리냉각판(50)은 입구유로(91)를 통하여 냉각수를 공급받고 출구유로(92)를 통하여 냉각수를 배출한다.

상기 출구유로(92)에는 소화용 냉각수 공급 밸브(410)가 배치된다. 상기 소화용 냉각수 공급 밸브(410)는 상기 냉각수의 온도가 기준온도 이상이 되면 동작한다, 더 바람직하게는 상기 소화용 냉각수 공급 밸브(410)는 상기 냉각수의 온도가 기준온도 이상이 되면 자동으로 동작하는 열동식 밸브일 수 있다. 예를 들어, 상기 소화용 냉각수 공급 밸브(410)는, 상기 냉각수의 열로 인해 왁스가 열팽창됨으로써, 자동으로 동작하는 왁스 밸브일 수 있다.

상기 배터리팩(10) 내부에는 상기 소화용 냉각수 공급 밸브(410)의 동작에 따라 냉각수가 유동되는 소화유로(420)가 배치된다. 상기 소화유로(420)에는 복수의 냉각수 분무홀(425)이 형성되고, 비상시, 상기 냉각수 분무홀(425)을 통하여 냉각수가 상기 배터리팩(10) 내부로 분사될 수 있다. 상기 소화유로(420)는 상기 배터리팩(10) 내부 상측에 배치되고, 상기 냉각수 분무홀(425)은 하측을 향하도록 형성될 수 있다.

한편, 상기 소화유로(420)와 상기 소화용 냉각수 공급 밸브(410)의 사이에는 연결유로(440)가 배치될 수 있다. 상기 연결유로(440)는 커넥터(430)를 통하여 상기 소화유로(420)에 접속될 수 있다. 상기 연결유로(440)는 상기 소화용 냉각수 공급 밸브(410)의 동작에 따라 상기 냉각수를 상기 소화유로(420)에 공급할 수 있다.

상기 출구유로(451, 452), 상기 소화유로(420), 상기 연결유로(440)는 각 배터리팩(10) 별로 구비되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 복수의 배터리냉각판(50)은, 각각, 대응하는 배터리팩(10a, 10b, 10c, 10d))의 전면과 후면에 배치되는 전면 냉각판(50f1, 50f2, 50f3, 50f4)과 후면 냉각판(50b1, 50b2, 50b3, 50b4)을 포함할 수 있다.

상기 출구유로(92)는, 상기 전면 냉각판(50f1, 50f2, 50f3, 50f4) 및 상기 후면 냉각판(50b1, 50b2, 50b3, 50b4)과 연결되는 제1 출구유로(451), 상기 소화용 냉각수 공급 밸브(410)가 배치되는 제2 출구유로(453), 상기 제1 출구유로(451)와 상기 제2 출구유로(453)가 만나는 위치에 배치되는 T형 커넥터(80)를 포함할 수 있다.

도 4의 예를 참조하면, 제1 배터리팩(10a)의 전면에는 제1 전면 냉각판(50f1)이 배치되고, 제1 배터리팩(10a)의 후면에는 제1 후면 냉각판(50b1)이 배치되며, 상기 제1 전면 냉각판(50f1)과 제1 후면 냉각판(50b1)은 상기 제1 출구유로(451)를 통하여 하나의 T형 커넥터(86)(80)로 연결된다.

또한, 제2 배터리팩(10b)의 전면에는 제2 전면 냉각판(50f2)이 배치되고, 제2 배터리팩(10b)의 후면에는 제2 후면 냉각판(50b2)이 배치되며, 상기 제2 전면 냉각판(50f2)과 제2 후면 냉각판(50b2)은 상기 제1 출구유로(451)를 통하여 하나의 T형 커넥터(87)(80)로 연결된다.

상기 소화용 냉각수 공급 밸브(410)는, 상기 제1 출구유로(451)의 후단인 상기 제2 출구유로(453)에 배치된다. 상기 소화용 냉각수 공급 밸브(410)는, 연결된 배터리냉각판(50)에서 나오는 냉각수 온도가 기준온도 이상이 되면, 상기 연결유로(440)를 오픈(open)시킬 수 있다.

상기 입구유로(91)에는, 상기 펌프(42)에 의해 유동하는 냉각수를 적어도 하나의 배터리팩(10)에 대응하는 배터리냉각판(50)으로 보내는 분배밸브(70)가 배치될 수 있다.

상기 분배밸브(70)는, 2이상의 T형 커넥터(81)(82)와 연결되고, 상기 냉각수의 유량 및 방향을 조절할 수 있다.

제1 배터리팩(10a) 내부 화재로 제1 배터리팩(10a)의 온도가 크게 상승하면, 상기 제1 전면 냉각판(50f1)과 제1 후면 냉각판(50b1)에서 출수되는 냉각수의 온도가 제1 소화용 냉각수 공급 밸브(411)(410)를 동작시키는 기준온도 이상이 될 수 있다. 제1 배터리팩(10a)에 대응하는 제1 소화용 냉각수 공급 밸브(411)(410)가 동작하면, 상기 제1 배터리팩(10a) 내부의 소화유로(420)로 냉각수가 공급되고, 상기 냉각수 분무홀(425)를 통하여 냉각수가 분사된다.

도 5와 도 6은 본 개시의 일 실시 예에 따른 배터리 화재 확산 방지에 관한 설명에 참조되는 도면이다.

도 5는 소정 배터리팩(10) 내부의 소화유로(420)에 냉각수가 공급되고 냉각수 분무홀(425)에서 냉각수가 분사되어 배터리팩(10) 내부의 배터리셀(101)에서 발생한 화재를 소화시키는 화재 확산 방지 운전의 개념도이다. 도 5의 (a)는 사이드뷰(side view), 도 5의 (b)는 탑 뷰(top view)를 도시한 것이다.

배터리셀(101)에서 화재가 발생하여 온도가 상승하면, 해당 배터리셀(101)을 포함하는 배터리팩(10)에 연결된 소화용 냉각수 공급 밸브(410)에 열이 전달된다. 즉, 소정 배터리팩(10) 내부의 화재로 인하여 소화용 냉각수 공급 밸브(410)에 공급되는 냉각수 온도가 일정 수준 이상이 되면, 소화용 냉각수 공급 밸브(410)가 동작하고, 화재가 발생한 배터리팩(10) 내부에 냉각수가 소정 시간 분사된다.

도 6은 제2 배터리팩(10b) 내부에 화재가 발생한 경우를 예시한 도면이다.

제2 배터리팩(10b) 내부 화재로 제2 배터리팩(10b)의 온도가 크게 상승하면, 상기 제2 전면 냉각판(50f2)과 제2 후면 냉각판(50b2)에서 출수되는 냉각수의 온도가 제2 소화용 냉각수 공급 밸브(412)(410)를 동작시키는 기준온도 이상이 될 수 있다. 제2 배터리팩(10b)에 대응하는 제2 소화용 냉각수 공급 밸브(412)(410)가 동작하면, 상기 제2 배터리팩(10b) 내부의 소화유로(420)로 냉각수가 공급되고, 상기 냉각수 분무홀(425)를 통하여 냉각수가 분사된다.

한편, 제1 소화용 냉각수 공급 밸브(411)와 제2 소화용 냉각수 공급 밸브(412)는 하나의 공통 T형 커넥터(88)(80)로 연결되어, 냉각수 출수경로가 합지될 수 있다. 제1 배터리팩(10a)과 제2 배터리팩(10b)의 냉각판(50f1, 50f2, 50b1, 50b2)에서 출수되는 온도가 상기 제1 소화용 냉각수 공급 밸브(411)와 제2 소화용 냉각수 공급 밸브(412)를 동작시키는 기준 온도보다 낮으면, 냉각수는 배터리팩(10a, 10b) 내부로 리턴되지 않고 제6 냉각수순환유로(558)로 이동할 수 있다.

본 개시의 실시 예에 따르면, 수랭식 열 관리 시스템의 냉각수를 활용하여 배터리 화재 확산을 방지할 수 있다. 배터리냉각판(50) 후단부에 냉각수 온도에 반응하는 열동식 밸브를 배치하여, 배터리 출구측의 냉각수 온도에 따라 밸브의 동작 여부를 결정할 수 있다.

본 개시의 일 실시 예에 따르면, 운전 중 배터리팩(10)의 이상 상태를 즉시 판단하지 못하더라도, 배터리팩(10)의 온도 거동 이상으로 인하여 냉각수온 상승시, 소화용 냉각수 공급 밸브(410)가 동작하고 냉각수 분무가 자동으로 개시될 수 있다. 이에 따라, 자동으로 냉각수를 소화용으로 공급하고, 화재 발생을 방지하거나 발생한 화재의 확산을 방지할 수 있다.

또한, 배터리팩(10) 내부 화재가 냉각수 분무로 진화되었을 경우, 배터리냉각판(50)을 통해 공급되는 냉각수의 온도가 저감됨으로써, 더 이상 냉각수를 공급하지 않도록 구성될 수 있다.

본 개시의 일 실시 예에 따르면, 컨트롤러가 온도 센서에서 센싱되는 온도 데이터에 기초하여, 화재가 발생한 배터리팩(10)을 판단하여 화재가 발생한 배터리팩(10) 측으로 냉각수를 공급하도록 밸브(511 등)와 냉각수 펌프(42)를 제어할 수 있다.

시스템 정상 운전중 특정 배터리팩(10)에서 화재 발생이 의심되는 현상이 특정되는 경우, 컨트롤러는 정지 운전에 진입하도록 제어함으로써, 배터리를 무리하게 사용하지 않도록 제어한다. 이후, 컨트롤러는, 화재가 발생한 배터리팩(10) 측으로 냉각수가 공급되도록 제어함으로써, 냉각수로 화재를 진화할 수 있다. 이에 따라, 배터리를 활용한 에너지 저장장치(1)의 대형 화재를 초기에 예방 할 수 있다.

도 7은 본 개시의 일 실시 예에 따른 배터리 냉각에 관한 설명에 참조되는 도면으로, 4개의 배터리팩(10a, 10b, 10c, 10d)의 정상 운전 상태를 예시한다. 도 8은 본 개시의 일 실시 예에 따른 배터리 화재 확산 방지에 관한 설명에 참조되는 도면으로, 4개의 배터리팩(10a, 10b, 10c, 10d) 중 제3 배터리팩(10c)에 화재가 발생한 경우의 화재 확산 방지 운전을 예시한다.

도 7과 도 8을 참조하면, 제1 배터리팩(10a)의 제1 전면 냉각판(50f1)과 제1 후면 냉각판(50b1)은 제1 출구유로(451)를 통하여 하나의 T형 커넥터(86a)(80)로 연결되고, 제2 배터리팩(10b)의 제2 전면 냉각판(50f2)과 제2 후면 냉각판(50b2)은 상기 제1 출구유로(451)를 통하여 하나의 T형 커넥터(87a)(80)로 연결된다. 또한, 제2 출구유로(453)에는 각각 소화용 냉각수 공급 밸브(411)(412)가 배치된다. 제1 소화용 냉각수 공급 밸브(411)와 제2 소화용 냉각수 공급 밸브(412)는 하나의 공통 T형 커넥터(88a)(80)로 연결되어, 제1 배터리팩(10a)와 제2 배터리팩(10b)의 냉각수 출수경로가 합지될 수 있다.

도 7과 도 8을 참조하면, 제3 배터리팩(10c)의 제3 전면 냉각판(50f3)과 제3 후면 냉각판(50b3)은 제1 출구유로(451)를 통하여 하나의 T형 커넥터(86b)(80)로 연결되고, 제4 배터리팩(10d)의 제4 전면 냉각판(50f4)과 제4 후면 냉각판(50b4)은 상기 제1 출구유로(451)를 통하여 하나의 T형 커넥터(87b)(80)로 연결된다. 또한, 제2 출구유로(453)에는 각각 소화용 냉각수 공급 밸브(410)이 배치된다. 제3 소화용 냉각수 공급 밸브(413)와 제4 소화용 냉각수 공급 밸브(414)는 하나의 공통 T형 커넥터(88b)(80)로 연결되어, 제3 배터리팩(10c)와 제4 배터리팩(10d))의 냉각수 출수경로가 합지될 수 있다.

배터리팩(10)의 입구유로(91)에는, 펌프(42)에 의해 유동하는 냉각수를 4개의 배터리팩(10a, 10b, 10c, 10d) 중 적어도 하나의 배터리팩(10)에 대응하는 배터리냉각판(50)으로 보내는 분배밸브(70)가 배치될 수 있다.

상기 분배밸브(70)는, 상기 냉각수의 유량 및 방향을 조절할 수 있다. 상기 분배밸브(70)는, 각각 2이상의 T형 커넥터(81)(82)(83)(84)와 연결되는 복수의 삼방밸브(70a)(70b)를 포함할 수 있다. 제1 밸브(70a)는 T형 커넥터(81)(82)와 연결되어 냉각수를 분배하고, 제2 밸브(70b)는 T형 커넥터(83)(84)와 연결되어 냉각수를 분배할 수 있다.

또한, 입구 삼방밸브(70c)는, 상기 펌프(42)에서 공급되는 냉각수를 상기 제1 밸브(70a)와 상기 제2 밸브(70b)로 분기시킬 수 있다.

제3 배터리팩(10c)에 화재가 발생하면, 입구 삼방밸브(70c), 제2 밸브(70b)3 전면 냉각판(50f3), 제3 후면 냉각판(50b3)를 통과하는 냉각수의 온도가 상승한다. 냉각수 온도가 제3 소화용 냉각수 공급 밸브(413)가 동작하는 기준온도 이상이 되면, 제3 소화용 냉각수 공급 밸브(413)가 자동으로 동작한다.

이에 따라, 상기 제3 배터리팩(10c) 내부의 소화유로(420)로 냉각수가 공급되고, 상기 냉각수 분무홀(425)를 통하여 냉각수가 분사된다. 화재가 진압되면, 냉각수 온도는 상기 기준온도 밑으로 떨어질 수 있고, 이에 따라, 상기 제3 소화용 냉각수 공급 밸브(413)는 연결유로(440)를 닫아 냉각수는 출구유로(92)로 배출될 수 있다.

도 9는 본 개시의 일 실시 예에 따른 에너지 저장장치의 정상 운전에 관한 설명에 참조되는 도면이고, 도 10은 본 개시의 일 실시 예에 따른 에너지 저장장치의 화재 확산 방지 운전에 관한 설명에 참조되는 도면이다.

도 9와 도 10을 참조하면, 상기 펌프(42)가 동작하면, 냉각수는, 상기 제1 냉각수순환유로(501)로 공급된다. 정상 운전 조건의 냉각 모드에서, 상기 제1 삼방밸브(511)는, 상기 펌프(42)에서 공급되는 냉각수를 상기 제1 냉각수순환유로(501)에서 분지되는 제2 냉각수순환유로(552, 553)과 제3 냉각수순환유로(551)로 분배할 수 있다. 상기 제1 냉각수순환유로(501)를 유동하는 냉각수는 상기 제2 냉각수순환유로(552, 553)과 상기 제3 냉각수순환유로(551)로 분배될 수 있다.

상기 제2 냉각수순환유로(552, 553)는, 냉각수를 전력변환기(32) 측으로 공급하는 유로로써, 전력변환기(32) 측 워터 블록(520)에 연결된다. 상기 펌프(43)에서 토출되는 냉각수는, 상기 제1 냉각수순환유로(501), 상기 제2 냉각수순환유로(552, 553)를 거쳐 상기 전력변환기(32) 측 워터 블록(520)에 공급될 수 있다. 한편, 상기 전력변환기(32) 측 워터 블록(520)에서 토출되는 냉각수는 PCS 유로(563)로 유동한다.

한편, 상기 제3 냉각수순환유로(551)는 냉각수를 배터리팩(10) 측으로 공급하는 유로이다. 더 상세하게 냉각수는 배터리측 워터 블록인 배터리냉각판(50)으로 공급될 수 있다.

한편, 에너지 저장장치(1)는, 전압/전류 안정화를 위한 하나 이상의 리액터(531, 532)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 에너지 저장장치(1)는, 교류전원에서 인가되는 전류의 급격한 변화를 안정화시키는 제1 리액터(531), 배터리팩(10)으로부터 인가되는 전류의 급격한 변화를 안정화시키는 제2 리액터(532)를 포함할 수 있다.

또한, 에너지 저장장치(1)는, 상기 리액터(531, 532)를 냉각시키는 리액터 워터 블록(541, 542)을 포함할 수 있다. 리액터 워터 블록(541, 542)는 상기 리액터(531, 532)에 접촉하여 냉각 모듈(40)로부터 공급되는 냉각수로 상기 리액터(531, 532)를 냉각시킬 수 있다. 상기 리액터 워터 블록(541, 542)의 냉각수는 다시 리액터 유로(565, 564)로 배출될 수 있다.

상기 제2 냉각수순환유로(552, 553)에는 T형 커넥터(571)가 배치되어 상기 냉각수를 상기 제2 냉각수순환유로(553)와 상기 리액터 워터 블록(541, 542) 측 유로(554)로도 분배할 수 있다.

제1 리액터(531)와 제2 리액터(532)를 구비하는 경우에, 에너지 저장장치(1)는, 냉각수를 다시 제1 리액터(531)와 제2 리액터(532)로 균등하게 분배하는 T형 커넥터(572)를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 PCS 유로(563)와 상기 리액터 유로(565, 564)에는 T형 커넥터(591, 592)가 배치되고, 상기 PCS 유로(563)와 상기 리액터 유로(565, 564)는, 상기 제4 냉각수순환유로(555)로 합지될 수 있다. 따라서, 상기 전력변환기 워터 블록(520)와 상기 리액터 워터 블록(541, 542)에서 배출되는 냉각수는, 상기 제4 냉각수순환유로(555)로 유동된다.

한편, 상기 제4 냉각수순환유로(555)는 제5 냉각수순환유로(556)와 바이패스유로(557)로 분지된다. 상기 제5 냉각수순환유로(556)는 냉각수를 상기 배터리팩(10) 측 배터리냉각판(50)으로 공급하는 유로이고, 상기 바이패스유로(557)는 냉각수를 상기 배터리팩(10) 측을 거치지 않고 상기 열교환기(43) 측으로 유동시키는 유로이다.

상기 제3 냉각수순환유로(551)와 상기 제5 냉각수순환유로(556)가 만나는 위치에는 T형 커넥터(573)가 배치될 수 있다.

한편, 상기 제1 냉각수순환유로(501)에는 제1 삼방밸브(511)가 배치된다. 상기 제1 삼방밸브(511)는 상기 제1 내지 제3 냉각수순환유로(501, 553, 551)이 만나는 위치에 배치되고, 상기 제1 냉각수순환유로(501)의 냉각수를 상기 제2 냉각수순환유로(553)와 상기 제3 냉각수순환유로(551)로 분배할 수 있다.

상기 제4 냉각수순환유로(555)에는 제2 삼방밸브(513)가 배치된다. 상기 제2 삼방밸브(513)는, 상기 제4 냉각수순환유로(555), 상기 제5 냉각수순환유로(556), 상기 바이패스유로(557)가 만나는 위치에 배치되고, 상기 제4 냉각수순환유로(555)의 냉각수가 상기 제5 냉각수순환유로(556) 또는 상기 바이패스유로(557)에 선택적으로 공급되도록 동작한다.

한편, 상기 배터리냉각판(50)은 입구유로(91)를 통하여 냉각수를 공급받고 출구유로(92)를 통하여 냉각수를 배출한다.

상기 출구유로(92)에는 상술한 소화용 냉각수 공급 밸브(410)가 배치된다. 상기 소화용 냉각수 공급 밸브(410)는 상기 냉각수의 온도가 기준온도 이상이 되면 동작한다, 상기 배터리팩(10) 내부에는 상기 소화용 냉각수 공급 밸브(410)의 동작에 따라 냉각수가 유동되는 소화유로(420)가 배치된다. 상기 소화유로(420)에는 복수의 냉각수 분무홀(425)이 형성되고, 비상시, 상기 냉각수 분무홀(425)을 통하여 냉각수가 상기 배터리팩(10) 내부로 분사될 수 있다.

상기 출구유로(92)는, 상기 배터리냉각판(50)와 연결되는 제1 출구유로(451)와, 상기 소화용 냉각수 공급 밸브(410)가 배치되는 제2 출구유로(453)를 포함할 수 있다.

상기 배터리냉각판(50)의 출구유로(92)와 상기 바이패스유로(557)가 만나는 위치에는 T형 커넥터(574)가 배치되고, 싱기 제6 냉각수순환유로(558)는 상기 배터리냉각판(50)의 출구유로(92)와 상기 바이패스유로(557)에 연결된다. 상기 출구유로(92)와 상기 바이패스유로(557)는 상기 제6 냉각수순환유로(558)로 합지된다.

상기 열교환기(53)의 입구에는 제1 열교환기유로(561)가 연결되고, 상기 열교환기(53)의 출구에는 제2 열교환기유로(562)가 연결된다. 상기 제1 열교환기유로(561)는 상기 제6 냉각수순환유로(558)에 연결되고, 상기 제2 열교환기유로(562)는 제8 냉각수순환유로(559)릍 통하여 상기 펌프(52)로 연결된다.

본 개시의 일 실시 예에 따른 열관리 시스템은, 냉각수가 상기 열교환기(53)를 우회하기 위한 바이패스유로구조를 포함할 수 있다.

제7 냉각수순환유로(503)는 일단이 상기 제6 냉각수순환유로(558)와 상기 제1 열교환기유로(561) 사이에 연결되고, 타단이 상기 제2 열교환기유로(562)와 상기 펌프(52) 사이에 연결될 수 있다.

또한, 제8 냉각수순환유로(559)는, 상기 제2 열교환기유로(562)와 상기 제7 냉각수순환유로(503)에 연결되어 상기 냉각수를 상기 펌프(42)로 유동시킬 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 바이패스유로구조는, 상기 제1 열교환기유로(561), 상기 제6 냉각수순환유로(558), 상기 제7 냉각수순환유로(503)가 만나는 위치에 배치되는 삼방밸브(미도시)를 포함할 수 있다.

또는, 바이패스유로구조는, 상기 제7 냉각수순환유로(503)에 배치되어, 상기 제7 냉각수순환유로(503)를 개폐하는 바이패스밸브(510)를 포함할 수 있다.

상기 열교환기(51) 입구 측의 상기 제1 열교환기유로(561)에서 상기 펌프(52) 측 제8 냉각수순환유로(559) 사이에 제7 냉각수순환유로(503)를 만들고, 바이패스밸브(510)의 온/오프 제어로 상기 제7 냉각수순환유로(503)를 통한 냉각수 유동을 제어할 수 있다. 상기 제7 냉각수순환유로(503)를 오픈(open)하여, 냉각수를 외부와 열교환하는 열교환기(53) 측이 아닌 펌프(52) 측으로 보내 열 손실을 저감할 수 있다.

더 바람직하게는, 상기 제1 열교환기유로(561)에는 열교환기밸브(515)가 배치되고, 상기 열교환기밸브(515)의 온/오프 제어로 상기 제1 열교환기유로(561)를 개폐할 수 있다. 상기 바이패스밸브(510)와 상기 열교환기밸브(515)는, 삼방밸브, 사방밸브보다 저렴한 1way 밸브로 구성되어 전체 제조비용을 감소시킬 수 있다.

상기 바이패스유로구조는, 상기 제6 냉각수순환유로(558), 상기 제1 열교환기유로(561), 상기 제7 냉각수순환유로(503)가 만나는 위치에 배치되는 T형 커넥터(517), 및, 상기 제7 냉각수순환유로(503), 상기 제2 열교환기유로(562), 상기 펌프(52)가 만나는 위치에 배치되는 T형 커넥터(575)를 더 포함할 수 있다.

한편, 컨트롤러는 온도센서(581, 582)에서 감지되는 냉각수 온도에 기초하여 열 관리 시스템을 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 제8 냉각수순환유로(559)에는 제1 온도센서(581)가 배치되고, 상기 제6 냉각수순환유로(558)에는 제2 온도센서(582)가 배치되어, 냉각수 온도를 감지할 수 있다. 컨트롤러는 제1 온도센서(581) 및/또는 제2 온도센서(582)에서 센싱되는 냉각수 온도에 기초하여 열 관리 시스템을 제어할 수 있다. 또한, 컨트롤러는 제1 온도센서(581)와 제2 온도센서(582)에서 센싱되는 냉각수 온도의 차이에 기초하여 열 관리 시스템을 제어할 수 있다.

또한, 컨트롤러는 상기 배터리관리기(34)에서 획득되는 배터리 온도에 기초하여 열 관리 시스템을 제어할 수 있다.

상기 복수개의 배터리팩(10) 중 하나 이상의 배터리팩에서 감지되는 배터리 온도가 소정 온도 이상이면, 컨트롤러는, 상기 펌프(42)를 온(on)으로 제어하고, 상기 소정 온도 이상인 배터리팩으로 상기 냉각수를 공급하도록 상기 분배밸브(70)를 제어하며, 상기 열교환기밸브(515)는 오프 제어할 수 있다. 상기 바이패스밸브(510)는, 온 제어되거나, 오프 상태를 소정 시간 유지하다가 온 상태로 전환될 수 있다.

냉각수는 화재가 발생하여 온도가 크게 상승한 배터리팩 측 배터리냉각판(50)으로 공급되고, 배터리냉각판(50)에서 출수된 냉각수는 소화용 냉각수 공급 밸브(410)의 동작으로 다시 화재가 발생한 배터리팩 내부로 리턴되어 분무될 수 있다.

냉각수 온도가 일정 온도 이하일 경우, 배터리팩(10)의 정상 운전 불가능하거나, 배터리의 수명, 효율 등 악영향을 초래할 수 있기 때문에, 배터리팩(10)을 예열하는 운전 모드로 제어된다.

예열 모드에서, 상기 펌프(42)가 동작하고, 상기 제1 삼방밸브(511)는 상기 제1 냉각수순환유로(501)로 공급되는 냉각수를 상기 제2 냉각수순환유로(552, 553)에 공급할 수 있다. 즉, 상기 펌프(42)를 통해 공급되는 냉각수는 상기 제1 삼방밸브(511)를 통해 PCS(32) & Reactor(531, 532) 측으로 냉각수가 전부 공급된다.

상기 제2 삼방밸브(513)는, 상기 제4 냉각수순환유로(555)의 냉각수를 상기 제5 냉각수순환유로(556)에 공급한다. 예열 모드에서, 펌프(42) 구동을 통해 유동하는 냉각수가 배터리냉각판(50)을 거쳐 저온 상태 토출된다.

상기 바이패스밸브(510)는 상기 제7 냉각수순환유로(503)를 오픈(open)시키고, 상기 열교환기밸브(515)는 상기 제1 열교환기유로(561)를 클로즈(close)시킨다. 이에 따라, 저온의 냉각수는 열교환기(43)를 거치지 않고 상기 펌프(42)에 공급된다. 이는 상기 열교환기(43)로 냉각수가 공급되면 낮은 외기온도로 인해 냉각수의 온도가 더욱 저감되기 때문이다.

도 11은 본 개시의 일 실시 예에 따른 에너지 저장장치의 동작방법의 순서도이다.

도 11을 참조하면, 에너지 저장장치(1)가 정상 운전 중인 상태에서, 배터리관리기(34)에서는 배터리팩 온도를 감지한다(S1105).

컨트롤러는 운전조건을 확인하고, 배터리팩 별로 이상 상태를 검증하다. 또한, 컨트롤러는, 냉각이 필요한 지 여부를 판별하고, 감지되는 배터리팩 온도에 기초하여 냉각수 유량을 조절한다, 예를 들어, 컨트롤러는, 감지되는 배터리팩(10) 온도가 확인된 운전조건의 온도 범위를 벗어나는 지, 온도 편차가 발생하는 지 여부에 따라 냉각이 필요한 것으로 판별할 수 있다.

에너지 저장장치(1)의 전반적인 동작을 제어하는 컨트롤러는 상기 전력관리기(31a) 및/또는 상기 에너지관리기(31b)를 포함할 수 있다. 실시 예에 따라서, 상기 전력관리기(31a)와 상기 에너지관리기(31b)는, 어느 하나가 나머지 하나의 기능도 수행할 수 있다. 또한, 상기 전력관리기(31a)와 상기 에너지관리기(31b)는 하나의 제어기로 통합되어 일체로 제공될 수 있다. ,

한편, 컨트롤러는, 배터리팩(10)의 상태가 안정한지 판정할 수 있다(S1115).

배터리팩(10)이 안정 상태이면(S1115), 에너지 저장장치(1)는 정상 운전을 유지할 수 있다(S1105). 배터리팩(10)이 안정 상태가 아니면(S1115), 안전을 위해 에너지 저장장치(1)는 정지 운전으로 진입할 수 있다(S1120).

정지 운전 진입에 따라(S1120), 컨트롤러는 배터리(35)의 충전/방전 출력을 저감시키고(S1125), 시스템 정지 운전 진입 완료 여부를 판정할 수 있다(S1130). 컨트롤러는 시스템 정지 운전 진입 완료까지 배터리(35)의 충전/방전 출력을 저감시킬 수 있다(S1125).

컨트롤러는, 배터리팩(10)의 온도를 분석하여 화재 발생 여부를 판단할 수 있다(S1135). 상기 복수개의 배터리팩(10) 중 하나 이상의 배터리팩에서 감지되는 배터리 온도가 소정 온도 이상이면, 컨트롤러는 해당 배터리팩에서 화재가 발생한 것으로 판별할 수 있다.

화재가 아닌 안정 상태로 판별되면(S1135), 컨트롤러는 정지 운전 상태를 유지하면서(S1140), 다른 폴트(Fault) 원인을 체크하고 알람 제어할 수 있다(S1145).

한편, 화재 발생으로 판별되면(S1135), 도 5 내지 도 7, 도 10을 참조하여 설명한 것과 같이, 컨트롤러는 화재 확산 방지 제어에 진입할 수 있다(S1150).

컨트롤러는, 상기 펌프(42)를 온(on)으로 제어하여, 냉각수를 유동시킬 수 있다(S1155).

또한, 컨트롤러는, 상기 소정 온도 이상인 배터리팩으로 상기 냉각수를 공급하도록 상기 제1,2 삼방밸브(511, 513) 및 상기 분배밸브(70)를 제어할 수 있다(S1160).

이에 따라, 냉각수는 화재가 발생하여 온도가 크게 상승한 배터리팩 측 배터리냉각판(50)으로 공급되고, 배터리냉각판(50)에서 출수된 냉각수는 소화용 냉각수 공급 밸브(410)의 동작으로 다시 화재가 발생한 배터리팩 내부로 리턴되어 분무될 수 있다.

또한, 컨트롤러는, 상기 바이패스밸브(510)와 상기 열교환기밸브(515)는 오프 제어하여, 냉각수가 불필요하게 순환되지 않도록 제어할 수 있다(S1165). 컨트롤러는, 화재 소화 여부를 판단하여(S1170), 정지 운전 상태로 전환하거나(S1140), 화재 확산 방지 제어(S1150)를 유지할 수 있다.

화재 확산 방지 제어(S1150)를 유지하는 경우에, 냉각수가 순환하도록 상기 바이패스밸브(510)는 온 제어할 수 있다. 또는, 상기 S1165 단계에서, 컨트롤러는, 상기 바이패스밸브(510)는 온 제어하고, 상기 열교환기밸브(515)는 오프 제어할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.

1: 에너지 저장장치
10 : 배터리팩
12 : 케이싱
32 : 전력변환기
34 : 배터리관리기

Claims

배터리팩;
배터리팩에 대응하여 배치되는 배터리냉각판;
상기 배터리냉각판으로 냉각수를 유동시키는 펌프;
상기 배터리냉각판을 통과한 냉각수가 나오는 출구유로;
상기 출구유로에 배치되고, 상기 냉각수의 온도가 기준온도 이상이 되면 동작하는 소화용 냉각수 공급 밸브;
상기 배터리팩 내부에 배치되고, 복수의 냉각수 분무홀이 형성되는 소화유로; 및,
상기 소화용 냉각수 공급 밸브의 동작에 따라 상기 냉각수를 상기 소화유로에 공급하는 연결유로;를 포함하는 에너지 저장장치.
제1항에 있어서,
상기 소화용 냉각수 공급 밸브는,
상기 냉각수의 열로 인해 자동으로 상기 연결유로를 오픈(open)시키는 왁스 밸브인 에너지 저장장치.
제1항에 있어서,
상기 배터리냉각판은, 상기 배터리팩의 전면과 후면에 배치되는 전면 냉각판과 후면 냉각판을 포함하는 에너지 저장장치.
제3항에 있어서,
상기 출구유로는,
상기 전면 냉각판 및 상기 후면 냉각판과 연결되는 제1 출구유로,
상기 소화용 냉각수 공급 밸브가 배치되는 제2 출구유로,
상기 제1 출구유로와 상기 제2 출구유로가 만나는 위치에 배치되는 T형 커넥터를 포함하는 에너지 저장장치.
제1항에 있어서,
상기 배터리팩을 복수개 구비하고,
상기 배터리냉각판, 상기 출구유로, 상기 소화유로, 상기 연결유로는 각 배터리팩별로 구비되는 에너지 저장장치.
제5항에 있어서,
상기 펌프에 의해 유동하는 냉각수를 적어도 하나의 배터리팩에 대응하는 배터리냉각판으로 보내는 분배밸브;를 더 포함하는 에너지 저장장치.
제6항에 있어서,
상기 분배밸브는, 2이상의 T형 커넥터와 연결되고, 상기 냉각수의 유량 및 방향을 조절하는 에너지 저장장치.
제6항에 있어서,
상기 분배밸브는, 2이상의 T형 커넥터와 연결되는 복수의 삼방밸브를 포함하는 에너지 저장장치.
제8항에 있어서,
상기 펌프에서 공급되는 냉각수를 상기 복수의 삼방밸브로 분기시키는 입구 삼방밸브;를 더 포함하는 에너지 저장장치.
제6항에 있어서,
상기 분배밸브는,
상기 복수개의 배터리팩 중 최상단에 배치되는 제1 배터리팩의 양면에 배치되는 배터리냉각판들에 연결되는 T형 커넥터와, 상기 제1 배터리팩의 아래에 배치되는 제2 배터리팩의 양면에 배치되는 배터리냉각판들에 연결되는 T형 커넥터에 공급되는 냉각수의 유량과 방향을 조절하는 제1 밸브, 및,
상기 제2 배터리팩의 아래에 배치되는 제3 배터리팩의 양면에 배치되는 배터리냉각판들에 연결되는 T형 커넥터와, 상기 제3 배터리팩의 아래에 배치되는 제4 배터리팩의 양면에 배치되는 배터리냉각판들에 연결되는 T형 커넥터에 공급되는 냉각수의 유량과 방향을 조절하는 제2 밸브를 포함하는 에너지 저장장치.
제6항에 있어서,
상기 펌프에서 상기 냉각수가 공급되는 제1 냉각수순환유로;
상기 제1 냉각수순환유로에서 분지되어, 상기 냉각수를 전력변환기 워터 블록으로 공급하는 제2 냉각수순환유로;
상기 제1 냉각수순환유로에서 분지되어, 상기 냉각수를 상기 배터리냉각판으로 공급하는 제3 냉각수순환유로;
상기 전력변환기 워터 블록에서 배출되는 냉각수가 유동하는 제4 냉각수순환유로;
상기 제4 냉각수순환유로에서 분지되어, 상기 냉각수를 상기 배터리냉각판으로 공급하는 제5 냉각수순환유로;
상기 제4 냉각수순환유로에서 분지되어, 상기 냉각수를 상기 열교환기로 공급하는 바이패스유로;
상기 배터리냉각판의 출구유로, 및, 상기 바이패스유로에 연결되는 제6 냉각수순환유로;
상기 열교환기의 입구 및 상기 제6 냉각수순환유로에 연결되는 제1 열교환기유로;
상기 열교환기의 출구 및 상기 펌프에 연결되는 제2 열교환기유로;
일단이 상기 제6 냉각수순환유로와 상기 제1 열교환기유로 사이에 연결되고, 타단이 상기 제2 열교환기유로와 상기 펌프 사이에 연결되는 제7 냉각수순환유로;
상기 제2 열교환기유로와 상기 제7 냉각수순환유로에 연결되어 상기 냉각수를 상기 펌프로 유동시키는 제8 냉각수순환유로;를 더 포함하는 에너지 저장장치.
제11항에 있어서,
상기 제7 냉각수순환유로에 배치되어 상기 제7 냉각수순환유로를 개폐하는 바이패스밸브;를 더 포함하는 에너지 저장장치.
제12항에 있어서,
상기 제1 열교환기유로에 배치되어 상기 제1 열교환기유로를 개폐하는 열교환기밸브;를 더 포함하는 에너지 저장장치.
제13항에 있어서,
상기 복수개의 배터리팩 중 하나 이상의 배터리팩에서 감지되는 배터리 온도가 소정 온도 이상이면, 상기 펌프를 온(on)으로 제어하고, 상기 소정 온도 이상인 배터리팩으로 상기 냉각수를 공급하도록 상기 분배밸브를 제어하며, 상기 열교환기밸브는 오프 제어하는 에너지 저장장치.
제13항에 있어서,
상기 제1 냉각수순환유로의 냉각수를 상기 제2 냉각수순환유로와 상기 제3 냉각수순환유로로 분배하는 제1 삼방밸브;
상기 제4 냉각수순환유로의 냉각수가 상기 제5 냉각수순환유로 또는 상기 제6 냉각수순환유로에 선택적으로 공급되도록하는 제2 삼방밸브;를 더 포함하는 에너지 저장장치.
제15항에 있어서,
예열 모드에서,
상기 펌프가 동작하고,
상기 제1 삼방밸브는, 상기 펌프에서 공급되는 냉각수를 상기 제2 냉각수순환유로에 공급하며,
상기 제2 삼방밸브는, 상기 제4 냉각수순환유로의 냉각수를 상기 배터리냉각판에 공급하고,
상기 바이패스밸브는 상기 제7 냉각수순환유로를 오픈(open)시키고,
상기 열교환기밸브는 상기 제1 열교환기유로를 클로즈(close)시키는 에너지 저장장치.