KR20240030840A - 배터리 랙, 배터리 컨테이너 및 이를 포함하는 전력 저장 시스템 - Google Patents

배터리 랙, 배터리 컨테이너 및 이를 포함하는 전력 저장 시스템 Download PDF

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KR20240030840A
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이승준
손권
정관수
박정범
최병혁
홍석현
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

컴팩트한 구조로 구성되면서도 출력이 향상된 배터리 랙, 배터리 컨테이너 및 이를 포함하는 전력 저장 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 랙은, 제 1 배터리 세트 및 제 2 배터리 세트를 포함하는 복수의 배터리 세트를 구성하는 복수의 배터리 모듈 및 상기 제 1 배터리 세트의 일부분 및 상기 제 2 배터리 세트의 일부분이 동일 열에 위치하도록 상기 복수의 배터리 모듈을 수용하는 랙 프레임을 포함한다.

Description

배터리 랙, 배터리 컨테이너 및 이를 포함하는 전력 저장 시스템{BATTERY RACK, BATTERY CONTAINER AND ENERGY STORAGE SYSTEM INCLUDING THE SAME}
본 발명은 배터리 랙, 배터리 컨테이너 및 이를 포함하는 전력 저장 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 컴팩트한 구조로 구성되면서도 출력이 향상된 배터리 랙, 배터리 컨테이너 및 이를 포함하는 전력 저장 시스템에 관한 것이다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차 전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차 전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다.
일반적으로 리튬 이차 전지는 외장재의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다.
이차 전지는 단독으로 사용되기도 하나, 일반적으로는 다수의 이차 전지가 서로 전기적으로 직렬 및/또는 병렬로 연결된 형태로 구성된 경우가 많다. 특히, 다수의 이차 전지는 서로 전기적으로 연결된 상태로 하나의 모듈 케이스 내부에 수납되어, 하나의 배터리 모듈을 구성할 수 있다. 그리고, 배터리 모듈은, 단독으로 사용되거나 또는 둘 이상이 서로 전기적으로 직렬 및/또는 병렬로 연결되어, 배터리 랙이나 배터리 팩 등과 같은 보다 상위 수준의 장치를 구성할 수 있다.
최근, 전력 부족이나 친환경 에너지 등과 같은 이슈가 부각되면서, 생산된 전력을 저장하기 위한 전력 저장 시스템(ESS; Energy Storage System)이 보다 주목받고 있다. 예를 들어, 전력 수급을 조절하기 위한 방안 중 하나로서, 스마트 그리드 시스템(Smart Grid System)이 제안되고 있다. 소비자가 사용하는 전력량은 항상 일정치 않고 수시로 변동될 수 있다. 대표적으로, 여름철 오후에는 냉방 장치의 사용으로 전력 사용량이 급격히 증가했다가 야간에는 전력 사용량이 급격히 감소하는 것을 예로 들 수 있다. 이와 같이 전력을 소비하는 측면에서는 전력 소비량이 일정치 않고 자주 변동될 수 있지만, 전력을 공급하는 측면에서는 어느 정도 전력 생산량을 조절한다 하더라도 그러한 전력 소비량에 맞추기는 현실적으로 어렵다. 따라서, 이와 같은 전력 공급과 소비의 불균형으로 전력 공급 과잉 또는 전력 공급 부족이 일어날 수 있는데, 스마트 그리드 시스템은 이와 같은 문제를 해결하고자 전력을 탄력적으로 저장 및 조절할 수 있다. 스마트 그리드 시스템은, 잉여 전력이 발생하는 시점이나 지역에서는 전력을 저장하고, 저장된 전력을 부족 전력이 발생하는 시점이나 지역에 공급하는 개념이라 할 수 있다. 이러한 스마트 그리드 시스템을 구축하기 위해 핵심적인 구성요소 중 하나가 바로 전력을 저장하기 위한 전력 저장 시스템이라 할 수 있다. 또한, 근래에는 전기 자동차의 상용화가 본격적으로 진행되면서, 전기 자동차를 충전하기 위한 시설, 이를테면 충전 스테이션 등에도 전력 저장 시스템이 활용될 수 있다.
이와 같은 전력 저장 시스템에는, 거대한 충방전 용량을 확보하기 위해 통상적으로 많은 수의 배터리 컨테이너가 포함된 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 각각의 배터리 컨테이너에는 다수의 배터리 랙이 포함되고, 각각의 배터리 랙에는 다수의 배터리 모듈이 포함될 수 있다.
이러한 전력 저장 시스템은, 여러 다양한 성능이 요구될 수 있다. 특히, 전력 저장 시스템의 경우, 다수의 배터리 컨테이너가 서로 연결된 형태로 설치될 수도 있다. 그러나, 종래 전력 저장 시스템의 경우, 배터리 랙의 출력을 향상시키 위해 배터리 랙의 크기를 증가(예: 높이 증가 등)시켜야 하므로, 한정된 공간에서 배터리 랙의 컴팩트한 배치가 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 컴팩트한 구조로 구성되면서도 출력이 향상된 배터리 랙, 배터리 컨테이너 및 이를 포함하는 전력 저장 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 랙은, 제 1 배터리 세트 및 제 2 배터리 세트를 포함하는 복수의 배터리 세트를 구성하는 복수의 배터리 모듈 및 상기 제 1 배터리 세트의 일부분 및 상기 제 2 배터리 세트의 일부분이 동일 열에 위치하도록 상기 복수의 배터리 모듈을 수용하는 랙 프레임을 포함한다.
바람직하게는, 상기 제 1 배터리 세트의 일부분은, 상기 랙 프레임 내부에서, 상기 제 2 배터리 세트의 일부분과 동일 열에 위치하도록 랙 프레임의 상하 방향으로 배치될 수 있다.
바람직하게는, 상기 랙 프레임은, 상기 제 1 배터리 세트의 일부분과 상기 제 2 배터리 세트의 일부분 사이에 배치되는 보강 프레임을 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 랙 프레임은, 상기 제 1 배터리 세트가 수용된 부분과 상기 제 2 배터리 세트가 수용된 부분이 밀착되도록 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 랙 프레임은, 상기 제 1 배터리 세트의 일부분이 수용된 부분과 상기 제 2 배터리 세트의 일부분이 수용된 부분이 대응되는 형상으로 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 랙 프레임은, 상기 제 1 배터리 세트의 일부분이 수용된 부분이 상측에 위치하고, 상기 제 2 배터리 세트의 일부분이 수용된 부분이 하측에 위치하도록 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 배터리 랙은, 상기 랙 프레임 내부에 수용되고, 상기 복수의 배터리 세트를 제어하도록 구성된 복수의 전장 모듈을 더 포함하고, 상기 전장 모듈은 상기 제 1 배터리 세트를 제어하도록 구성된 제 1 전장 모듈 및 상기 제 2 배터리 세트를 제어하도록 구성된 제 2 전장 모듈을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제 1 배터리 세트의 일부분과 상기 제 2 배터리 세트의 일부분은, 상기 랙 프레임의 좌우 방향에 대해 상기 제 1 전장 모듈과 상기 제 2 전장 모듈 사이에 위치하도록 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제 1 배터리 세트의 일부분과 상기 제 2 배터리 세트의 일부분은, 상기 랙 프레임의 상하 방향에 대해 상기 제 1 전장 모듈과 상기 제 2 전장 모듈 사이에 위치하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 컨테이너는, 상술한 바와 같은 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 랙을 적어도 하나 이상 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 전력 저장 시스템은, 상술한 바와 같은 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 랙을 적어도 하나 이상 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 배터리 랙의 크기를 과도하게 증가시키지 않고도 배터리 랙의 출력 전압을 향상시킬 수 있다. 즉, 한정된 설치 공간에서 랙 프레임 내에 배터리 모듈들이 컴팩트하게 배치되도록 구성하면서도, 원하는 배터리 랙의 출력 전압을 획득할 수 있다.
또한, 배터리 랙의 높이 증가를 최소화할 수 있으므로, 지진이나 태풍 등의 자연재해로 인해 배터리 랙 전체에 강한 진동이 가해지는 경우에도, 배터리 모듈들이 랙 프레임에서 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
이외에도 본 발명의 여러 실시예에 의하여, 여러 다른 추가적인 효과가 달성될 수 있다. 이러한 본 발명의 여러 효과들에 대해서는 각 실시예에서 상세하게 설명하거나, 당업자가 쉽게 이해할 수 있는 효과에 대해서는 그 설명을 생략한다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 배터리 랙을 후측에서 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1의 배터리 랙에 구비된 배터리 모듈을 나타낸 도면이다.
도 4는 도 1의 배터리 랙에 구비된 제 1 배터리 세트를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1의 배터리 랙에 구비된 제 2 배터리 세트를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 1의 배터리 랙에 구비된 전장 모듈을 나타낸 도면이다.
도 7은 도 1의 배터리 랙에 구비된 연결 모듈을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 랙을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 컨테이너를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장 시스템을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙(10)을 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 배터리 랙(10)을 후측에서 나타낸 도면이며, 도 3은 도 1의 배터리 랙(10)에 구비된 배터리 모듈(100)을 나타낸 도면이고, 도 4는 도 1의 배터리 랙(10)에 구비된 제 1 배터리 세트(B1)를 나타낸 도면이며, 도 5는 도 1의 배터리 랙(10)에 구비된 제 2 배터리 세트(B2)를 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에서, 도면에 도시된 X축 방향은 좌우 방향, Y축 방향은 X축 방향과 수평면(XY평면)상에서 수직된 전후 방향, Z축 방향은 X축 방향 및 Y축 방향에 대해 모두 수직된 상하 방향을 의미할 수 있다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙(10)은, 복수의 배터리 모듈(100) 및 랙 프레임(200)을 포함할 수 있다.
상기 배터리 모듈(100)은, 셀 어셈블리(110) 및 모듈 케이스(120)를 포함할 수 있다.
상기 셀 어셈블리(110)는, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 여기서 배터리 셀은 이차 전지를 의미할 수 있다. 이러한 배터리 셀은, 파우치형 전지셀, 원통형 전지셀 또는 각형 전지셀로 마련될 수 있다. 일례로서, 배터리 셀은 파우치형 전지셀일 수 있다.
상기 모듈 케이스(120)는, 셀 어셈블리(110)를 내부에 수용할 수 있다. 이를 위해 모듈 케이스(120)에는 셀 어셈블리(110)를 내부에 수용하기 위한 내부 수용 공간이 마련될 수 있다.
이러한 복수의 배터리 모듈(100)은, 제 1 배터리 세트(B1) 및 제 2 배터리 세트(B2)를 포함하는 복수의 배터리 세트를 구성할 수 있다. 일례로서, 제 1 배터리 세트(B1) 및 제 2 배터리 세트(B2)는, 적어도 하나의 배터리 모듈(100)을 각각 포함할 수 있다.
상기 랙 프레임(200)은, 복수의 배터리 모듈(100)을 내부에 수용할 수 있다. 이를 위해 랙 프레임(200)은, 복수의 배터리 모듈(100)을 내부에 수용하기 위한 내부 수용 공간을 포함할 수 있다.
이러한 랙 프레임(200)은, 메인 프레임(210)을 포함할 수 있다.
상기 메인 프레임(210)은, 상하 방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 이러한 메인 프레임(210)은, 기둥 형상으로 구성될 수 있다. 이러한 메인 프레임(210)은, 랙 프레임(200) 내에 배터리 모듈(100)을 수용 가능한 수용 공간을 형성할 수 있다. 그리고, 랙 프레임(200)은, 메인 프레임(210)에 연결되어 수평 방향으로 배치되는 수평 플레이트(220)를 더 포함할 수 있다. 이 때, 상기 복수의 배터리 모듈(100)은 이러한 수평 플레이트(220)에 배치되어 랙 프레임(200) 내에 수납될 수 있다. 구체적으로, 복수의 배터리 모듈(100)은, 랙 프레임(200) 내에 수납되어 상하 방향으로 적층된 형태로 구성될 수 있다.
또한, 랙 프레임(200)은, 제 1 배터리 세트(B1)의 일부분 및 제 2 배터리 세트(B2)의 일부분이 동일 열에 위치하도록 복수의 배터리 모듈(100)을 수용할 수 있다.
일례로서, 제 1 배터리 세트(B1)는, 예시적으로 24개의 배터리 모듈(100)로 구성되어 대략 1500V의 출력 전압을 가지도록 구성될 수 있다. 또한, 제 2 배터리 세트(B2)는, 예시적으로 24개의 배터리 모듈(100)로 구성되어 대략 1500V의 출력 전압을 가지도록 구성될 수 있다. 그리고, 제 1 배터리 세트(B1) 및 제 2 배터리 세트(B2)는, 예시적으로 복수의 배터리 모듈(100)이 랙 프레임(200) 내에서 3열로 배치되도록, 랙 프레임(200) 내에 수용될 수 있다.
이 때, 제 1 배터리 세트(B1)의 일부분은, 제 2 배터리 세트(B2)의 일부분과 동일 열에 위치할 수 있다. 이 경우, 랙 프레임(200) 내에서 동일 열에 위치된 제 1 배터리 세트(B1)의 일부분에서의 배터리 모듈(100)의 수와 및 제 2 배터리 세트(B1)의 일부분에서의 배터리 모듈(100)의 수는 동일할 수 있다.
한편, 예시적으로 특정 배터리 랙이 1열로 배치된 17개의 배터리 모듈로 구성된 경우, 해당 배터리 랙은 대략 1000V의 출력 전압을 가질 수 있다. 이 때, 대략 1500V의 출력 전압을 가지는 새로운 배터리 랙을 구성하고자 하는 경우, 해당 배터리 랙의 높이를 증가시켜 상하 방향으로 더 많은 배터리 모듈이 배터리 랙 내에 수용되도록 하거나, 해당 배터리 랙의 폭을 증가시켜 배터리 모듈이 배터리 랙 내에 2열 이상으로 배치되도록 배터리 랙의 구조를 변경해야 한다.
이 때, 해당 배터리 랙의 높이를 증가시키는 경우, 배터리 랙의 설치 공간의 높이가 배터리 모듈을 추가 수용하기 위해 변경될 배터리 랙의 높이보다 낮은 경우에 배터리 랙의 구조 변경이 어려울 수 있다. 또한, 해당 배터리 랙의 폭을 증가시키는 경우, 원하는 배터리 랙의 출력 전압 획득을 위해 추가로 필요한 배터리 모듈의 수량만큼, 배터리 모듈을 배터리 랙의 내부에 배치할 수 있다. 그러나, 이 경우 배터리 랙의 증가된 배터리 모듈 수용 공간 중 일부가 남게 되는 문제점이 있다.
반면, 본 발명의 배터리 랙(10)은, 제 1 배터리 세트(B1)의 일부분 및 제 2 배터리 세트(B2)의 일부분이 동일 열에 위치하도록 구성할 수 있다. 따라서, 본 발명의 배터리 랙(10)은, 저 출력 전압을 가지는 배터리 랙으로부터 상대적으로 높은 출력 전압을 가지는 새로운 배터리 랙을 구성할 때, 배터리 랙(10)의 높이 증가를 최소화할 수 있다. 또한, 상대적으로 높은 출력 전압을 가지는 새로운 배터리 랙을 구성하는 과정에서 복수의 열로 배터리 모듈(100)을 배치하기 위해 배터리 랙(10)의 폭을 증가시키는 경우에도, 배터리 모듈 수용 공간이 남지 않아 배터리 랙(10) 내부에서 배터리 모듈(100)들의 배치를 컴팩트하게 구성할 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 배터리 랙(10)의 크기를 과도하게 증가시키지 않고도 배터리 랙(10)의 출력 전압을 향상시킬 수 있다. 즉, 한정된 설치 공간에서 랙 프레임(200) 내에 배터리 모듈(100)들이 컴팩트하게 배치되도록 구성하면서도, 원하는 배터리 랙(10)의 출력 전압을 획득할 수 있다.
특히, 상기 배터리 랙(10)이 적어도 하나 이상 구비된 배터리 컨테이너(1, 도 9 참조)의 경우에, 원하는 배터리 컨테이너(1)의 출력 전압을 획득하면서도 배터리 컨테이너(1)의 크기(높이)로 인한 선박이나 차량 운송시의 제약이 최소화될 수 있다.
또한, 배터리 랙(10)의 높이 증가를 최소화할 수 있으므로, 지진이나 태풍 등의 자연재해로 인해 배터리 랙(10) 전체에 강한 진동, 특히 배터리 랙(10)에 좌우 방향으로의 진동이 가해지는 경우에도, 배터리 모듈(100)들이 랙 프레임(200)에서 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
이하, 전술한 배터리 랙(10)에 대해 보다 더 구체적으로 살펴본다.
도 1, 도 2, 도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 제 1 배터리 세트(B1)의 일부분은, 랙 프레임(200) 내부에서, 상기 제 2 배터리 세트(B2)의 일부분과 동일 열에 위치하도록 랙 프레임(200)의 상하 방향으로 배치될 수 있다. 즉, 제 1 배터리 세트(B1)의 일부분 및 제 2 배터리 세트(B2)의 일부분은, 랙 프레임(200)의 상하 방향에서 볼 때, 랙 프레임(200) 내부에서, 서로 동일 열에 위치할 수 있다.
이에 따라, 랙 프레임(200)의 높이 증가를 최소화하면서도 배터리 랙(10)의 출력 전압을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라, 배터리 랙(10)에 진동이 가해지는 경우에도 배터리 모듈(100)들이 랙 프레임(200)에서 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
도 1 및 도 2를 다시 참조하면, 랙 프레임(200)은, 보강 프레임(230)을 더 포함할 수 있다. 일례로서, 보강 프레임(230)은, 랙 프레임(200)의 강성을 보강하기 위한 구성일 수 있다. 이를 위해, 보강 프레임(230)은, 랙 프레임(200)의 다른 부분보다 강성이 더 강한 재질을 포함할 수 있다.
이러한 보강 프레임(230)은, 랙 프레임(200) 내부에서, 제 1 배터리 세트(B1)와 제 2 배터리 세트(B2)가 서로 동일 열에 위치된 랙 프레임(200)의 부분에 형성될 수 있다. 구체적으로, 보강 프레임(230)은, 제 1 배터리 세트(B1)의 일부분과 제 2 배터리 세트(B2)의 일부분 사이에 배치될 수 있다. 특히, 보강 프레임(230)은, 제 1 배터리 세트(B1) 및 제 2 배터리 세트(B2)를 안정적으로 지지할 수 있도록 내부에 빈 공간이 없게 구성될 수 있다.
보다 구체적으로, 보강 프레임(230)은, 랙 프레임(200)의 상하 방향에서 볼 때, 제 1 배터리 세트(B1)의 일부분과 제 2 배터리 세트(B2)의 일부분 사이에 배치될 수 있다. 예시적으로, 보강 프레임(230)은, 랙 프레임(200)의 좌우 방향에서 볼 때, 배터리 랙(10)의 좌우 방향으로 한 쌍으로 구성된 메인 프레임(210) 사이에 배치될 수 있다. 이 때, 보강 프레임(230)의 상하 방향에서의 일측면은, 제 1 배터리 세트(B1)의 일부분 중에서 보강 프레임(230)과 가장 인접한 배터리 모듈(100)이 배치된 수평 플레이트(220)와 면 접촉될 수 있다. 또한, 보강 프레임(230)의 상하 방향에서의 타측면은, 제 2 배터리 세트(B2)의 일부분 중에서 보강 프레임(230)과 가장 인접한 배터리 모듈(100)이 배치된 수평 플레이트(220)와 면 접촉될 수 있다.
본 발명의 이러한 실시 구성에 의하면, 서로 다른 배터리 세트가 만나는 부분을 지지할 수 있으므로, 컴팩트하게 배치된 배터리 랙(10) 내에서 배터리 모듈(100)들이 보다 안정적으로 수용될 수 있다.
도 1 및 도 2를 다시 참조하면, 랙 프레임(200)은, 제 1 배터리 세트(B1)가 수용된 부분과 제 2 배터리 세트(B2)가 수용된 부분이 밀착되도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제 1 배터리 세트(B1)를 수용하기 위한 수용 공간을 형성하는 메인 프레임(210)과 제 2 배터리 세트(B2)를 수용하기 위한 수용 공간을 형성하는 메인 프레임(210)은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 상호 밀착되어 구성될 수 있다. 이 때, 제 1 배터리 세트(B1)를 수용하기 위한 수용 공간을 형성하는 메인 프레임(210) 및 제 2 배터리 세트(B2)를 수용하기 위한 수용 공간을 형성하는 메인 프레임(210)들은, 팩 프레임(200)의 제조시 일체로 형성될 수도 있고, 별도의 부재로 구성된 후에 볼팅 체결 등의 결합 방식으로 상호 결합이 이루어질 수도 있다.
또한, 제 1 배터리 세트(B1)를 수용하기 위한 수용 공간을 형성하는 메인 프레임(210)은 전체적으로 대략 '┏ 형상'을 가지도록 구성될 수 있고, 제 2 배터리 세트(B2)를 수용하기 위한 수용 공간을 형성하는 메인 프레임(210)은 전체적으로 대략 '┛형상'을 가지도록 구성될 수 있다. 즉, 제 1 배터리 세트(B1)를 수용하기 위한 수용 공간을 형성하는 메인 프레임(210)의 상부 측은, 제 2 배터리 세트(B2) 측으로 돌출되도록 구성될 수 있다. 또한, 제 2 배터리 세트(B2)를 수용하기 위한 수용 공간을 형성하는 메인 프레임(210)의 하부 측은, 제 1 배터리 세트(B1) 측으로 돌출되도록 구성될 수 있다.
이 때, 제 1 배터리 세트(B1)를 수용하기 위한 수용 공간을 형성하는 메인 프레임(210)은, 제 2 배터리 세트(B2)의 일부분을 수용하기 위한 수용 공간을 형성하는 메인 프레임(210)의 일부(제 1 배터리 세트(B1)를 수용하기 위한 수용 공간을 형성하는 메인 프레임(210)과 마주하는 부분)를 감싸도록 구성될 수 있다. 그리고, 제 2 배터리 세트(B2)를 수용하기 위한 수용 공간을 형성하는 메인 프레임(210)은, 제 1 배터리 세트(B1)의 일부분을 수용하기 위한 수용 공간을 형성하는 메인 프레임(210)의 일부(제 2 배터리 세트(B2)를 수용하기 위한 수용 공간을 형성하는 메인 프레임(210)과 마주하는 부분)를 감싸도록 구성될 수 있다.
이에 따라, 한정된 설치 공간에서 출력 전압이 향상된 배터리 랙(10)을 구성할 수 있을 뿐 아니라, 배터리 랙(10)에 진동이 가해지는 경우에도 배터리 랙(10)의 구조적 안정성을 확보할 수 있다.
도 1 및 도 2를 다시 참조하면, 랙 프레임(200)은, 제 1 배터리 세트(B1)의 일부분이 수용된 부분과 제 2 배터리 세트(B2)의 일부분이 수용된 부분이 대응되는 형상으로 구성될 수 있다.
구체적으로, 제 1 배터리 세트(B1)의 일부분을 수용하기 위한 수용 공간을 형성하는 메인 프레임(210)은, 제 2 배터리 세트(B2)의 일부분을 수용하기 위한 수용 공간을 형성하는 메인 프레임(210)과 대응되는 형상으로 구성될 수 있다.
이에 따라, 제 1 배터리 세트(B1)의 일부분과 제 2 배터리 세트(B2)의 일부분이 랙 프레임(200) 내부에서 보다 안정적으로 서로 동일 열에 위치할 수 있다.
예시적으로, 제 1 배터리 세트(B1)의 일부분과 및 제 2 배터리 세트(B2)의 일부분은, 제 1 배터리 세트(B1) 및 제 2 배터리 세트(B2)의 랙 프레임(200) 내부의 복수의 열 중에서 랙 프레임(200)의 중앙에 위치한 열에 배치될 수 있다. 이와 같이 서로 다른 배터리 세트가 만나는 부분이 배터리 모듈(100)들의 중앙에 위치한 열에 배치되므로, 모듈 프레임(200) 내부에서 배터리 모듈(100)들의 배치를 더 컴팩트하게 구성할 수 있다.
도 1 및 도 2를 다시 참조하면, 랙 프레임(200)은, 제 1 배터리 세트(B1)의 일부분이 수용된 부분이 상측에 위치하고, 제 2 배터리 세트(B2)의 일부분이 수용된 부분이 하측에 위치하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제 1 배터리 세트(B1)의 일부분을 수용하기 위한 수용 공간을 형성하는 메인 프레임(210)은, 제 2 배터리 세트(B2)의 일부분을 수용하기 위한 수용 공간을 형성하는 메인 프레임(210)의 상측에 위치할 수 있다. 이 때, 제 1 배터리 세트(B1)의 일부분과 제 2 배터리 세트(B2)의 일부분 사이에는 전술한 보강 프레임(230)이 배치될 수 있다.
이에 따라, 한정된 설치 공간에서 배터리 모듈(100)들이 컴팩트하게 배치된 배터리 랙(10)을 구성할 수 있을 뿐 아니라, 배터리 랙(10)에 진동이 가해지는 경우에도 배터리 랙(10)의 구조적 안정성을 확보할 수 있다.
도 6은 도 1의 배터리 랙(10)에 구비된 전장 모듈(300)을 나타낸 도면이다.
도 1, 도 2 및 도 6을 참조하면, 상기 배터리 랙(10)은, 복수의 전장 모듈(300)을 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 전장 모듈(300)은, 랙 프레임(200) 내부에 수용될 수 있다. 또한, 복수의 전장 모듈(300)은, 전술한 복수의 배터리 세트를 제어하도록 구성될 수 있다. 일례로서, 상기 전장 모듈(300)은, 배터리 보호 유닛(Battery Protection Unit)일 수 있다. 예시적으로, 이러한 배터리 보호 유닛은, 직류 전자접촉기(DC Contactor), 퓨즈(Fuse) 및 배터리 관리 시스템(Battery Management System) 등을 포함할 수 있다.
구체적으로, 전장 모듈(300)은, 제 1 전장 모듈(310) 및 제 2 전장 모듈(320)을 포함할 수 있다.
상기 제 1 전장 모듈(310)은, 전술한 제 1 배터리 세트(B1)를 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 전장 모듈(310)은, 대략 1500V의 출력 전압을 가지는 제 1 배터리 세트(B1)를 제어하도록 구성될 수 있다.
상기 제 2 전장 모듈(320)은, 전술한 제 2 배터리 세트(B2)를 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제 2 전장 모듈(320)은, 대략 1500V의 출력 전압을 가지는 제 2 배터리 세트(B2)를 제어하도록 구성될 수 있다.
이와 같이, 전장 모듈(300)이 랙 프레임(200) 내에서 각각의 일부분이 서로 동일 열에 위치하도록 구성된 제 1 배터리 세트(B1) 및 제 2 배터리 세트(B2)를 각각 제어하므로, 랙 프레임(200) 내에 배터리 모듈(100)들을 컴팩트하게 배치하면서도 원하는 출력 전압을 나타내는 복수의 배터리 세트들을 용이하게 제어할 수 있다.
도 1, 도 2 및 도 6을 다시 참조하면, 제 1 배터리 세트(B1)의 일부분과 제 2 배터리 세트(B2)의 일부분은, 랙 프레임(200)의 좌우 방향에 대해 제 1 전장 모듈(310)과 제 2 전장 모듈(320) 사이에 위치하도록 구성될 수 있다.
구체적으로 제 1 전장 모듈(310)은, 랙 프레임(200) 내에서 제 1 배터리 세트(B1)의 일부분 및 제 2 배터리 세트(B2)의 일부분이 위치된 열과 다른 열에 배치될 수 있다.
일례로서, 제 1 전장 모듈(310)은, 랙 프레임(200) 내에서 제 1 배터리 세트(B1)의 일부분 및 제 2 배터리 세트(B2)의 일부분이 위치된 열의 좌측에 위치한 열에 배치될 수 있다. 이 때, 제 1 전장 모듈(310)은, 제 2 배터리 세트(B2)의 일부분과 동일 열에 위치한 제 1 배터리 세트(B1)의 일부분을 제외한 제 1 배터리 세트(B1)의 나머지 배터리 모듈(100)들과 동일한 열에 배치될 수 있다. 구체적으로, 제 1 전장 모듈(310)은, 상기 제 1 배터리 세트(B1)의 나머지 배터리 모듈(100)들의 상측에 배치될 수 있다.
그리고, 제 2 전장 모듈(320)은, 랙 프레임(200) 내에서 제 1 배터리 세트(B1)의 일부분 및 제 2 배터리 세트(B2)의 일부분이 위치된 열의 우측에 위치한 열에 배치될 수 있다. 이 때, 제 2 전장 모듈(320)은, 제 1 배터리 세트(B1)의 일부분과 동일 열에 위치한 제 2 배터리 세트(B2)의 일부분을 제외한 제 2 배터리 세트(B2)의 나머지 배터리 모듈(100)들과 동일한 열에 배치될 수 있다. 구체적으로, 제 2 전장 모듈(320)은, 상기 제 2 배터리 세트(B2)의 나머지 배터리 모듈(100)들의 상측에 배치될 수 있다.
이에 따라, 랙 프레임(200) 내에 배터리 모듈(100)들 및 이들을 제어하는 전장 모듈(300)을 컴팩트하게 배치할 수 있는 장점이 있다. 또한, 전장 모듈(300)이 배터리 모듈(100)들의 상측에 배치되므로, 배터리 모듈(100)들의 하중에 의한 전장 모듈(300)의 파손을 최소화할 수 있다.
한편, 도시되지는 않았으나, 전술한 수평 플레이트(220)는, 적어도 일 방향으로 접힘 가능하도록 구성될 수도 있다.
예시적으로 이러한 수평 플레이트(220)는, 랙 프레임(200)의 좌우 방향, 상하 방향 중 적어도 일 방향으로 접힘 가능하게 구성될 수 있다. 특히, 수평 플레이트(220)는, 접혀진 상태에서 원래 형태로 복귀가 용이하면서도, 배터리 모듈(100)에 대한 지지가 용이하도록 구성될 수 있다. 일례로서, 수평 플레이트(220)는, 강도가 강한 탄성 재질로 구성될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
전술한 바와 같이, 전장 모듈(300)은, 랙 프레임(200) 내부에서 상하 방향으로 적층된 배터리 모듈(100)들의 상측에 배치될 수 있다. 이러한 전장 모듈(300)은, 배터리 모듈(100)의 높이보다 다소 높은 높이를 가질 수도 있다.
한편, 수평 플레이트(220)는 복수 개로 구성될 수 있다. 이러한 복수 개의 수평 플레이트(220)는, 배터리 모듈(100)을 랙 프레임(200) 내에 컴팩트하게 적층시킬 수 있도록, 각각의 상하 방향 간격이 배터리 모듈(100)의 높이에 대응되게 구성될 수 있다.
따라서, 전장 모듈(300)이 배치되는 랙 프레임(200)의 영역에는, 배터리 모듈(100)의 높이보다 높은 높이를 가지는 전장 모듈(300)과 수평 플레이트(220)와의 간섭을 방지하기 위해, 수평 플레이트(220)가 구비되지 않을 수도 있다.
한편, 수평 플레이트(220)가 적어도 일 방향으로 접힘 가능하게 구성되는 경우, 필요에 따라 전장 모듈(300)을 상하 방향으로 적층된 배터리 모듈(100) 사이에 배치하는 경우에도 수평 플레이트(220)와의 간섭 없이 배터리 모듈(100) 및 전장 모듈(300)의 배치를 컴팩트하게 구성할 수 있다. 이러한 실시 구성에 의하면, 필요에 따라 배터리 랙(10) 내에서의 배터리 모듈(100) 및 전장 모듈(300)의 배치를 용이하게 변경할 수 있다.
도 7은 도 1의 배터리 랙에 구비된 연결 모듈(400)을 나타낸 도면이다.
도 1, 도 2 및 도 7을 다시 참조하면, 상기 배터리 랙(10)은, 연결 모듈(400)을 더 포함할 수 있다.
상기 연결 모듈(400)은, 전장 모듈(300)과 배터리 세트를 연결하도록 구성될 수 있다. 이러한 연결 모듈(400)은, 배터리 세트를 구성하는 배터리 모듈(100)들 각각을, 전장 모듈(300)과 연결할 수 있다. 일례로서, 이러한 연결 모듈(400)은, 케이블일 수 있다.
한편, 각각의 배터리 모듈(100)에는, 연결 모듈(400)과 배터리 모듈(100)이 연결될 때, 연결 모듈(400)을 지지하기 위한 케이블 지지부(130)가 구비될 수 있다. 이러한 각각의 배터리 모듈(100)의 케이블 지지부(130)는, 상하 방향으로 적층된 배터리 모듈(100) 사이를 연결하는 연결 모듈(400)을 상하 방향 및 랙 프레임(200)의 전후 방향으로 지지할 수 있다.
구체적으로, 연결 모듈(400)은, 제 1 연결 모듈(410) 및 제 2 연결 모듈(420)을 포함할 수 있다.
상기 제 1 연결 모듈(410)은, 제 1 전장 모듈(310)과 제 1 배터리 세트(B1)를 연결하도록 구성될 수 있다.
상기 제 2 연결 모듈(420)은, 제 2 전장 모듈(320)과 제 2 배터리 세트(B2)를 연결할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 랙(12)을 나타낸 도면이다.
본 실시예에 따른 배터리 랙(12)은, 앞선 실시예의 상기 배터리 랙(10)과 유사하므로, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 구성들에 대해서는 중복 설명을 생략하고, 이하, 앞선 실시예와의 차이점을 중심으로 살펴 본다.
도 8을 참조하면, 상기 배터리 랙(12)에서, 제 1 배터리 세트(B1)의 일부분과 제 2 배터리 세트(B2)의 일부분은, 랙 프레임(200)의 상하 방향에 대해 제 1 전장 모듈(310)과 제 2 전장 모듈(320) 사이에 위치하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제 1 전장 모듈(310) 및 제 2 전장 모듈(320)은, 랙 프레임(200) 내에서 제 1 배터리 세트(B1)의 일부분 및 제 2 배터리 세트(B2)의 일부분과 동일한 열에 위치될 수 있다.
일례로서, 제 1 배터리 세트(B1)의 일부분은, 제 2 배터리 세트(B2)의 일부분의 상측에 위치될 수 있다. 그리고, 제 1 전장 모듈(310)은 제 1 배터리 세트(B1)의 일부분의 상측에 배치될 수 있고, 제 2 전장 모듈(320)은 제 2 배터리 세트(B2)의 일부분의 하측에 배치될 수 있다. 이 경우, 제 1 전장 모듈(310) 및 제 2 전장 모듈(320)이 배치되지 않은 랙 프레임(200) 내의 나머지 열에는, 배터리 모듈(100)들만 배치될 수 있다.
이에 따라, 도 8에 도시된 바와 같이, 제 1 연결 모듈(410) 및 제 2 연결 모듈(420)을 포함하는 연결 모듈(400)의 랙 프레임(200)의 좌우 방향(X축 방향)에서의 전체적인 길이가 감소할 수 있다.
이러한 본 실시예에 따른 배터리 랙(12)에 의하면, 랙 프레임(200) 내에 배터리 모듈(100)들, 이들을 제어하는 전장 모듈(300) 및 배터리 모듈(100)과 전장 모듈(300)을 연결하는 연결 모듈(400)을 보다 더 컴팩트하게 배치할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 컨테이너(1)를 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 상기 배터리 컨테이너(1)는, 전술한 적어도 하나의 배터리 랙(10)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 배터리 랙(10)은 두 개 이상의 복수 개로 구성될 수 있고, 배터리 컨테이너(1)에는 상기 배터리 랙(10)을 수용하기 위한 수용 공간이 마련될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장 시스템(S)을 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 배터리 랙(10)은 적어도 하나 이상 구비되어 전력 저장 시스템(S)을 구성할 수 있다. 구체적으로, 전술한 배터리 컨테이너(1)는 적어도 하나 이상 구비되어 전력 저장 시스템(S)을 구성할 수 있다. 이러한 전력 저장 시스템(S)은 일정 개수의 배터리 컨테이너(1) 및 제어 컨테이너(E-Link, 미도시)의 조합으로 링크 그룹을 구성할 수 있다. 일례로서, 제어 컨테이너는, 배터리 컨테이너(1)에 대한 전반적인 제어나 진단 등을 수행할 수 있다. 또한, 제어 컨테이너는 배터리 컨테이너(1)를 제어하기 위해 DC 파트, AC 파트 및 BSC 파트 등을 구비할 수 있다. 한편, 각각의 제어 컨테이너는 PCS에 연결될 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
한편, 본 발명에서 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
S : 전력 저장 시스템
1 : 배터리 컨테이너
10, 12 : 배터리 랙
100 : 배터리 모듈
B1 : 제 1 배터리 세트
B2 : 제 2 배터리 세트
200 : 랙 프레임
210 : 메인 프레임
230 : 보강 프레임
300 : 전장 모듈
310 : 제 1 전장 모듈
320 : 제 2 전장 모듈

Claims (11)

  1. 제 1 배터리 세트 및 제 2 배터리 세트를 포함하는 복수의 배터리 세트를 구성하는 복수의 배터리 모듈; 및
    상기 제 1 배터리 세트의 일부분 및 상기 제 2 배터리 세트의 일부분이 동일 열에 위치하도록 상기 복수의 배터리 모듈을 수용하는 랙 프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 배터리 세트의 일부분은,
    상기 랙 프레임 내부에서, 상기 제 2 배터리 세트의 일부분과 동일 열에 위치하도록 랙 프레임의 상하 방향으로 배치된 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 랙 프레임은,
    상기 제 1 배터리 세트의 일부분과 상기 제 2 배터리 세트의 일부분 사이에 배치되는 보강 프레임을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 랙 프레임은,
    상기 제 1 배터리 세트가 수용된 부분과 상기 제 2 배터리 세트가 수용된 부분이 밀착되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 랙 프레임은,
    상기 제 1 배터리 세트의 일부분이 수용된 부분과 상기 제 2 배터리 세트의 일부분이 수용된 부분이 대응되는 형상으로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 랙 프레임은,
    상기 제 1 배터리 세트의 일부분이 수용된 부분이 상측에 위치하고, 상기 제 2 배터리 세트의 일부분이 수용된 부분이 하측에 위치하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 랙 프레임 내부에 수용되고, 상기 복수의 배터리 세트를 제어하도록 구성된 복수의 전장 모듈을 더 포함하고,
    상기 전장 모듈은,
    상기 제 1 배터리 세트를 제어하도록 구성된 제 1 전장 모듈; 및
    상기 제 2 배터리 세트를 제어하도록 구성된 제 2 전장 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제 1 배터리 세트의 일부분과 상기 제 2 배터리 세트의 일부분은,
    상기 랙 프레임의 좌우 방향에 대해 상기 제 1 전장 모듈과 상기 제 2 전장 모듈 사이에 위치하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 제 1 배터리 세트의 일부분과 상기 제 2 배터리 세트의 일부분은,
    상기 랙 프레임의 상하 방향에 대해 상기 제 1 전장 모듈과 상기 제 2 전장 모듈 사이에 위치하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 따른 배터리 랙을 적어도 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 컨테이너.
  11. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 따른 배터리 랙을 적어도 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 시스템.
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