WO2012148160A2

WO2012148160A2 - 배터리팩 수납장치 및 이를 이용한 전력 저장용 배터리팩의 냉각 장치

Info

Publication number: WO2012148160A2
Application number: PCT/KR2012/003177
Authority: WO
Inventors: 이범현; 박미정; 강달모
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2011-04-25
Filing date: 2012-04-25
Publication date: 2012-11-01
Also published as: US9461344B2; KR101355961B1; WO2012148160A3; US20130323551A1; EP2685521B1; CN103493243B; EP2685521A4; CN103493243A; EP2685521A2; KR20120120663A

Abstract

본 발명의 전력 저장용 배터리팩의 냉각 장치는 냉각 매체 유입 통공, 열교환된 냉각 매체의 유출을 위한 유출 통공이 형성된 배터리팩 수납장치가 적층식 구조로 복수 개 구비되는 스택; 상기 냉각 매체가 유입되는 유입구가 전면 케이스에 형성된 하우징; 상기 냉각 매체가 유입 및 유출되도록 구동력을 제공하는 순환구동모듈; 및 상기 스택의 후면에 구비되며, 상기 열교환된 냉각 매체가 유출되는 유출구가 형성되고, 일단은 상기 순환 구동모듈과 연결되는 배기 덕트를 포함하여 구성된다. 상기 본 발명에 의하면 간단한 구조적 연동을 통하여 에너지 저장용 배터리팩을 대상으로 한 더욱 효과적인 냉각 공조 체계를 구현할 수 있다.

Description

배터리팩 수납장치 및 이를 이용한 전력 저장용 배터리팩의 냉각 장치

본 발명은 배터리팩 수납장치 및 이를 이용한 배터리팩의 냉각 장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 복수 개의 배터리팩이 스택 형태를 용이하게 이룰 수 있도록 하고 냉각 매체의 순환이 효과적으로 이루어질 수 있는 구조를 가지는 수납 장치 및 상기 수납장치에 형성된 냉각 매체 순환 구조와 연계되어 냉각 매체의 흡입 및 배기의 순환 구조를 효과적으로 구현할 수 있는 전력 저장용 배터리팩의 냉각 장치에 관한 것이다.

본 출원은 2011년 4월 25일자로 출원된 한국 특허출원번호 제10-2011-0038383호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.

제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HV, Hybrid Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다.

이러한 이차 전지는 전기 화학적 반응에 의하여 충방전을 끊임없이 반복할 수 있어 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지 활용원으로 주목받고 있다.

상기 전기 차량 등에 적용되는 배터리 팩은 통상적으로 단위 이차전지 셀(cell)이 복수 개 구성되는 어셈블리와 상기 어셈블리 내지 배터리 모듈이 복수 개로 이루어지며, 상기 셀은 양극 집전체, 세퍼레이터, 활물질, 전해액, 알루미늄 박막층 등을 포함하여 구성 요소들 간의 전기 화학적 반응에 의하여 충방전이 가능한 구조가 된다.

한편, 상기 이차 전지는 개체가 집합되는 구성 순서에 의하여 단위 개체인 셀(cell), 상위 집합체인 어셈블리(assembly)(배터리 모듈) 및 어셈블리(배터리 모듈)의 집합체인 배터리(battery)(팩(pack)) 등으로 칭해지며, 이하 설명에서 달리 언급되지 않는다면, 이차 전지는 상기 개체를 구별하지 않고 통칭적으로 사용하도록 하며, 본 설명에서의 배터리팩은 복수 개의 이차전지로 구성된 집합체를 의미하는 것으로 한다.

최근에는, 화석 연료에 의한 에너지 자원 고갈의 문제, 환경 오염에 대한 이슈, 에너지의 사용의 경제성 등에 대한 이슈가 중요하게 부각되면서, 전력 사용량과 전력 생산량의 불일치를 효과적으로 극복하고, 전력 과잉 공급에 의한 낭비 및 전력 공급 부족에 의한 과부하 현상 등을 해결하기 위하여 다양한 정보 통신 인프라와 연계되어 전력 공급량을 탄력적으로 조절하도록 하는 스마트 그리드 시스템이라는 개념이 활발히 연구되고 있다.

즉, 스마트 그리드 시스템에서는 전력 소비량이 적을 때에는 전력을 저장하였다가 전력 소비량이 많을 때에는 이와 같이 저장된 전력을 생산 전력과 함께 소비자에게 공급하도록 하는 인프라 구조를 가지게 된다.

이와 같은 스마트 그리드 시스템에서 생산된 전력을 저장하는 매체가 활용되어야 하는데, 이 경우에 상기 이차전지 내지 배터리팩은 전력을 저장하는 주요한 요소로 기능하게 된다.

또한, 이러한 전력 저장용 배터리 팩은 스마트 그리드 시스템뿐만 아니라 다른 여러 분야에서도 이용될 수 있다. 예를 들어, 전기 자동차에 충전 전력을 공급하는 전기 자동차 충전소에도 많은 양의 전력을 저장할 필요가 있으므로 여기에도 전력 저장용 배터리 팩이 이용될 수 있다.

이러한 전력 저장용 배터리팩은 상당한 개수의 이차전지가 다양한 구조로 집합(예를 들어, 배터리 팩이 상하 구조로 적층된 형태인 타워형 스택 등)되어 대용량의 시스템을 구성하게 되는데 이차전지는 내부의 전기 화학적 반응에 의하여 충전 또는 방전이 끊임없이 반복적으로 일어나며 이러한 충방전 과정은 불가피하게 발열을 수반하게 되는데 이와 같이 이차전지가 고용량화되는 경우 상기 충방전에 따른 발열은 비약적으로 증가하게 된다.

이와 같은 발열 현상은 전기 화학적 반응을 일으키는 이차전지에 내재적인 데미지(손상)을 미치게 되어 성능 저하를 초래할 수 있으며, 배터리의 수명을 보장할 수 없는 이차적인 문제를 야기할 수 있으며 발열에 의한 폭발 현상 등 안전성에도 치명적인 약점이 될 수 있다고 알려져 있다.

그러므로 이차전지 배터리의 구동과 관련한 냉각 체계가 필요한데, 특히 상기와 같이 전력 저장용 배터리팩은 상당한 고용량과 대단위 집적체 형태로 구현되므로 이와 같은 발열의 해소를 위한 냉각 체계에 대한 필요성은 더욱 크다고 할 수 있다.

그러나 종래 전력 저장용 배터리 팩에 대한 냉각 체계는 대단위로 집적된 전력 저장용 배터리 팩에 최적화된 형태로 구현되기보다는 개별 배터리팩을 냉각하는 시스템이 단순히 합해진 형태로만 개시되고 있다.

이러한 종래 시스템에 의하는 경우, 타워형 스택을 이루는 각각의 배터리팩을 개별적인 냉각 제어 방법으로 독립적으로 운용하여야 하므로 냉각 체계가 중복되는 낭비가 발생함은 물론, 개별적 제어를 위한 BMS 체계와 이를 구동하는 로직의 구축, 공조 계통의 복잡성을 야기시키게 되며, 냉각 체계에 대한 유지 또는 보수와 같은 관리적 측면에서도 상당한 비효율성을 초래하고 있다고 할 수 있다.

또한, 상기 전력 저장용 배터리 팩 및 이를 위한 냉각 장치는 차량에 설치되는 배터리팩과는 달리 시설물 밖의 외부에 설치되는 경우가 존재하는데, 이 경우 수분 침투에 따른 배터리팩의 절연성이 손상되는 문제점이 부수적으로 발생할 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 배경에서 상기의 문제점 내지 필요성을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 배터리팩이 타워형 스택을 이루는 전력 저장용 배터리팩을 대상으로 간단하면서도 효과적인 냉각 체계가 구축될 수 있도록 개선된 구조를 가지는 전력 저장용 배터리팩의 냉각 장치 및 이에 사용되는 수납장치를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명에 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 구성과 구성의 조합에 의해 실현될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 배터리팩 수납장치는 배터리팩이 구비되는 내부 공간이 형성된 수납 장치로서, 상기 내부 공간의 양 측면을 형성하도록 상호 대면하는 형태로 구비되는 제1 및 제2 측면 플레이트; 상기 제1 및 제2 측면 플레이트의 상부 모서리 부위를 각각 연결하는 2개의 상단 프레임; 및 상기 제1 및 제2 측면 플레이트의 하부 모서리 부위를 각각 연결하는 2개의 하단 프레임을 포함하며, 상기 하단 프레임 중 전면에 위치한 하단 전면 프레임은 냉각 매체의 유입을 위한 유입 통공이 형성되며, 상기 상단 프레임 중 후면에 위치한 상단 후면 프레임은 열교환된 냉각 매체의 유출을 위한 유출 통공이 형성되도록 구성된다.

또한, 본 발명은 상기 2개의 상단 프레임 및 상기 제1 및 제2 측면 플레이트의 상단부를 커버링하는 상면 플레이트를 더 포함하여 구성될 수 있다.

여기에서, 상기 상면 플레이트는 상기 상단 프레임의 상부 요철 구조에 대응되는 형상의 요철 구조가 하부에 형성될 수 있으며, 또한, 상기 상면 플레이트는 상기 하단 프레임의 하부 요철 구조에 대응되는 형상의 요철 구조가 상부에 형성되도록 구성할 수 있다. 여기에서, 상기 요철 구조는 끼움식 결합 구조 또는 슬라이딩식 결합 구조로 구성하는 것이 바람직하다.

이와 함께, 상기 본 발명의 상기 상단 후면 프레임은 아치 형상으로 이루어지도록 구성하는 것이 더욱 바람직하다.

한편, 본 발명의 다른 측면에 의한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전력 저장용 배터리팩의 냉각 장치는 배터리팩이 구비되는 내부 공간의 양 측면을 형성하도록 상호 대면하는 형태로 구비되는 제1 및 제2 측면 플레이트; 상기 제1 및 제2 측면 플레이트의 상부 모서리 부위를 각각 연결하는 2개의 상단 프레임; 및 상기 제1 및 제2 측면 플레이트의 하부 모서리 부위를 각각 연결하는 2개의 하단 프레임을 포함하며, 상기 하단 프레임 중 전면에 위치한 하단 전면 프레임은 냉각 매체의 유입을 위한 유입 통공이 형성되며, 상기 상단 프레임 중 후면에 위치한 상단 후면 프레임은 열교환된 냉각 매체의 유출을 위한 유출 통공이 형성된 배터리팩 수납장치가 적층식 구조로 복수 개 구비되는 스택; 상기 냉각 매체가 유입되는 유입구가 전면 케이스에 형성된 하우징; 상기 냉각 매체가 유입 및 유출되도록 구동력을 제공하는 순환구동모듈; 및 상기 스택의 후면에 구비되며, 상기 열교환된 냉각 매체가 유출되는 유출구가 형성되고, 일단은 상기 순환 구동모듈과 연결되는 배기 덕트를 포함하여 구성된다.

또한, 본 발명의 상기 전면 케이스의 유입구는 상기 배터리팩 수납장치의 하단 전면 프레임에 형성된 유입 통공과 대응되는 위치에 구비되도록 구성할 수 있으며, 상기 전면 케이스의 유입구는 슬릿 형태로 이루어지도록 구성하는 것이 바람직하다.

더욱 바람직한 실시형태의 구현을 위하여, 상기 유입구로의 이물질 유입 방지를 위하여 상기 유입구 상부에 돌출부재가 더 구비될 수 있다.

이와 함께, 상기 본 발명의 배기 덕트의 유출구는 상기 배터리팩 수납장치의 상단 후면 프레임에 형성된 유출 통공과 대응되는 위치에 구비되도록 구성하는 것이 바람직하다.

상기 본 발명에 따른 배터리팩 수납장치 및 전력 저장용 배터리팩의 냉각 장치는 전력 저장용 배터리팩을 냉각 공조 체계에 부합되는 구조를 가짐과 동시에 스택 형태로 용이하게 적층시킬 수 있어 배터리팩의 용이 확장성을 제공할 수 있다.

또한, 수납장치의 하부 및 상부 구조를 개선시킴으로써, 냉각 매체가 순환되는 경로를 배터리팩의 냉각에 최적화되도록 구성할 수 있으며, 배터리팩의 적층에 따른 하중을 효과적으로 분산함은 물론, 상부 수납장치와 하부 수납장치 상호 간을냉각 매체가 밀폐될 수 있는 구조로 상호 결합시켜 매체 유입 및 유출에 대한 흐름을 더욱 효과적으로 구현할 수 있다.

또한, 본 발명은 구비되는 배터리팩의 개수에 관계없이 전력 저장용 배터리팩의 냉각 시스템을 단일의 장치로 통합 제어할 수 있어 더욱 효과적이고 효율적인 냉각 공조 시스템의 인프라를 제공할 수 있다.

이와 함께, 공기 등과 같은 냉각 매체의 흐름을 효과적으로 적용하여 냉각 시스템의 효율성을 제고(提高)할 수 있으며, 특히 각각의 배터리팩을 냉각시키고 배기되는 냉각 매체를 통합적으로 포집하는 덕트 구조를 통하여 더욱 효과적인 냉각 매체의 유입 및 배기 공조 체계를 구현할 수 있는 효과를 창출할 수 있다.

더불어, 냉각 매체가 유입되는 유입구의 구조적 개선을 통하여 전력 저장용 배터리 팩이 설치되는 외부 환경을 고려하고 수분 침투에 따른 절연성 파괴 등 성능 저하 현상을 최소화할 수 있는 장치를 제공할 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 전력 저장용 배터리팩의 냉각 장치의 전체적인 구조를 도시하고 있는 사시도,

도 2는 상기 냉각 장치를 구성하는 배터리팩 수납 장치의 구조 및 결합관계를 도시한 분해 사시도,

도 3은 상기 배터리팩 수납 장치에서 냉각 매체의 유로를 도시한 모식도,

도 4는 상기 배터리팩 수납 장치의 상부 및 하부 구조의 상호 결합 관계를 도시한 도면,

도 5는 상기 배터리팩 수납 장치 간의 결합을 통한 스택 형성을 도시한 도면,

도 6은 본 발명의 전력 저장용 배터리팩 냉각장치의 하우징 전면 케이스에 대한 일 실시예를 도시한 도면,

도 7은 본 발명의 전력 저장용 배터리팩 냉각장치의 하우징 전면 케이스에 대한 다른 일 실시예를 도시한 도면,

도 8은 본 발명의 전력 저장용 배터리팩 냉각장치의 배기 덕트 및 순환구동모듈에 대한 일 실시예를 도시한 도면,

도 9는 본 발명의 전력 저장용 배터리팩 냉각장치의 배기 덕트에 대한 결합 구조를 도시한 도면,

도 10은 본 발명의 전력 저장용 배터리팩 냉각장치의 전반적인 순환 구조를 도시한 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 아니 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 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 의한 전력 저장용 배터리팩의 냉각 장치(이하 냉각장치로 칭한다)(1000)의 구성을 도시하고 있는 사시도이다. 상기 도 1을 통하여 본 발명의 냉각장치(1000)에 대한 개괄적이고 전반적인 설명을 이하에서 기술하고, 각 세부 구성은 해당되는 도면 등을 참조하여 후술하도록 한다.

상기 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 냉각장치(1000)는 하우징(200), 순환구동모듈(300), 배기 덕트(400) 및 배터리팩(10)이 구비되는 상기 수납장치(100)가 적층된 구조를 이루는 스택(500)을 포함하여 구성될 수 있다.

앞서도 설명된 바와 같이 이하 본 발명의 설명에서 상기 배터리팩(10)은 실시형태에 따라 복수 개의 이차전지 셀(secondary electric cell) 또는 어셈블리(assembly) 등이 집합된 형태를 이루며, 본 발명의 수납 장치(100)에 수납 내지 장착되는 대상 내지 객체를 의미한다.

상기 배터리팩(10)은 상기 수납장치(100)에 하나 이상의 복수 개로 구비될 수 있으며, 또한, 상기 하나 이상의 배터리팩(10)은 실시 형태에 따라 다양한 형태로 직렬 또는 병렬 구조로 전기적으로 상호 연결될 수 있으며, 또한, 독립한 전력원으로서 기능할 수 있도록 배치될 수 있음은 물론이다.

상기 하우징(200)은 상기 본 발명의 구성이 내부에 구비되는 일종의 케이스 역할을 수행하여 내부 구성을 보호하며 후술되는 순환구동모듈(300)로부터 열교환되어 배기되는 냉각 매체가 유출되도록 하는 통공이 형성될 수 있다.

본 발명의 순환구동모듈(300)은 팬의 회전 구동 등을 통하여 냉각 매체(공기 등)을 유입시키고 열교환된 냉각 매체를 외부로 배기시키는 구동력을 제공하는 기능을 수행한다. 상기 순환구동모듈(300)은 팬의 회전 구동력(RPM)이 조정되도록 제어하는 형태를 비롯하여 당업자 간에 다양한 실시형태가 가능하다.

본 발명의 배기덕트(400)는 상기 수납장치(100)가 적층된 구조를 이루는 스택(500)의 일면에 구비되도록 구성되며, 상기 수납장치(100)마다 형성된 하나 이상의 유출구에서 배기되는 열교환된 냉각 매체가 상기 순환구동모듈(300)의 구동력에 의하여 유출되는 공통 배기 유로를 형성하도록 구성된다.

상기 수납장치(100)가 적층된 구조를 이루는 스택(500)은 도 1 등의 첨부된 도면에는 3단으로 상하 적층된 형태를 도시하고 있으나 이는 하나의 예시일 뿐, 이하에서 후술되는 상하 수납장치(100)의 결합 구조를 통하여 실시형태에 따라 용이하게 다양한 형태의 적층 구조를 이룰 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 통하여 상기 냉각장치(1000)를 구성하는 배터리팩 수납장치(100)를 시작으로 각 세부 구성을 상세히 설명하도록 한다.

도 2는 하나 이상의 배터리팩(10)이 구비되는 내부 공간이 형성된 수납장치(100)의 구성 및 결합 구조를 도시한 도면이다.

상기 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 수납장치(100)는 제1 및 제2 측면 플레이트(110, 111), 상단 프레임(130), 하단 프레임(140) 및 상면 플레이트(150)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 제1 및 제2측면 플레이트(110, 111)는 일종의 판상으로 구성될 수 있으며, 배터리팩(10)이 구비되는 내부 공간의 양 측면을 형성하도록 상호 대면하는 형태로 이루어질 수 있다. 상기 측면 플레이트(110, 111)는 후술되는 프레임(130, 140) 등과 함께 배터리 수납장치(100)의 기본적인 물리적 구조를 형성하는 일 구성요소에 해당한다.

본 발명의 상기 하단 프레임(140)은 하단 후면 프레임(141) 및 하단 전면 프레임(133)으로 구성되는데, 상기 하단 후면 프레임 및 전면 프레임(131, 133)은 상기 제1 및 제2 측면 플레이트(110, 111)의 하부 모서리 부위를 상호 연결하여 지지한다.

한편, 본 발명의 상단 프레임(130)은 상단 후면 프레임(131) 및 상단 전면 프레임(133)으로 구성되는데, 상기 상단 후면 프레임 및 전면 프레임(131, 133)은 상기 제1 및 제2 측면 플레이트(110, 111)의 상부 모서리 부위를 상호 연결하여 지지한다.

상기 하단 프레임(140) 중 전면에 위치한 하단 전면 프레임(143)에는 유입 통공(145)이 형성되는데, 이 유입 통공(145)을 통하여 열교환에 의하여 배터리팩(10)을 냉각시키는 냉각 매체가 유입된다.

상기 유입 통공(145)을 통하여 유입된 냉각 매체는 배터리팩(10)과의 열교환에 의하여 온도가 상승되게 되고 온도가 상승된 냉각 매체는 밀도 분포에 의한 물리적 성질에 의하여 상방향으로 이동하게 되므로 이러한 물성을 효과적으로 반영하여 냉각 매체의 배기 유로를 형성하는 것이 바람직하다.

이를 위하여 우선, 하단 프레임(140) 중 후면에 위치한 하단 후면 프레임(141)에는 냉각 매체가 유출되지 않도록 통공 구조가 형성되지 않도록 구성하고, 또한, 상기 상단 프레임(130) 중 후면에 위치한 상단 후면 프레임(131)에 열교환된 냉각 매체가 유출되는 유출 통공(135)이 형성되도록 구성한다.

열교환된 냉각 매체의 유출 효율을 향상시키고 후술되는 바와 같이 배기되는 공통 유로의 형성을 효과적으로 구현하기 위하여 상기 상단 프레임(130) 중 상단 전면 프레임(133)에는 앞서 설명된 하단 후면 프레임(141)과 같이 통공 구조가 형성되지 않도록 구성하는 것이 바람직하다.

상기에서 설명된 구조를 가지는 본 발명의 수납 장치(100)에서 냉각 매체가 이동하는 경로는 도 3에 도시된 바와 같이 하단 전면 프레임(143)에 형성된 유입 통공(145)을 통하여 냉각 매체가 유입되고 상단 후면 프레임(131)에 형성된 유출 통공(135)을 통하여 열교환된 냉각 매체가 유출되는 경로를 가지게 된다.

한편 상기 본 발명의 수납 장치(100)는 상단 플레이트(150)를 더 포함할 수 있는데, 상기 상단 플레이트(150)는 상기 상단 프레임(130) 및 상기 제1 및 제2 측면 플레이트(110, 111)의 상단부를 커버링하는 판상의 구성요소로서 스택(500)을 형성하는 수납 장치(100)를 각 층으로 구분하여 앞서 설명된 냉각 매체의 유입과 유출이 각 층별로 효과적으로 이루어질 수 있도록 한다.

이와 관련하여 상기 상단 플레이트(150)의 하부에는 상기 상단 프레임(130)의 상부에 형성된 요철 구조와 상응하는 요철 구조(151)가 형성되는데 이러한 요철 구조에 의하여 상기 상단 플레이트(150)와 상기 상단 프레임(130)의 결합 및 해제를 더욱 용이하게 수행할 수 있도록 함은 물론, 냉각 매체가 다른 방향으로 분산되거나 유출되는 것을 방지하기 위하여 밀착되는 구조를 가질 수 있다.

이러한 요철 구조는 끼움 결합이 가능한 구조 또는 슬라이딩식 방법에 의하여 결합되는 구조로 형성될 수 있으며, 요철을 형성하는 오목 또는 볼록의 구조는 상하 변경될 수 있음은 물론, 요철의 형상, 위치 또는 구비 개수 등은 상호 간의 조합에 의한 다양한 방법으로 가능하다.

이와 함께 냉각 매체의 순환 또는 물리적 지지를 위한 구조 등을 효과적으로 구현하기 위하여 수납 장치(100)의 하단에 구비되는 하단 플레이트 또는 수납 장치(100)의 후면에 형성되는 후면 플레이트를 추가적으로 구성할 수 있다.

이와 함께, 본 발명의 수납 장치(100)가 상하 적층의 스택(500) 구조로 효과적으로 형성되기 위하여 상기 스택(500)의 N층에 해당하는 수납장치(100)의 상기 상단 플레이트(150) 상부와 N+1층에 해당하는 장치(100)의 하부 즉, 하단 프레임(140)의 하부가 상호 결합 및 해제가 용이한 구조를 가지는 것이 더욱 바람직하다.

이를 위하여 상기 상면 플레이트(150)는 하단 프레임(140)의 하부에 형성되는 요철 구조에 대응되는 형상의 요철 구조(153)가 그 상부에 형성되는 것이 바람직하다. 상기 구조의 결합과 해제에 의하여 각 수납장치(100)는 적층식 스택 구조로 용이하게 형성될 수 있으며, 결합시에도 상하 구조상의 물리적 지지를 더욱 효과적으로 구현할 수 있게 된다.

즉, 본 발명에서 수납장치(100) 상호 간의 적층은, 도 4에 도시된 바와 같이 제1 수납 장치(100-1)의 하부 프레임(141, 143)의 요철 구조와 상기 상면 플레이트(150)의 상부 요철 구조(153)가 상호 결합되고, 제2 수납 장치(100-2)의 상부 프레임(131, 133)이 상기 상면 플레이트(150)의 하부 요철 구조(151)에 결합되는 구조에 의하여 이루어지며, 이와 같은 결합 구조에 의하여 도 5와 같이 본 발명의 수납 장치(100)는 상하로 적층되어 스택(500)구조를 형성하게 된다.

상기 설명에서 제1 및 제2 수납 장치는 상하를 상대적으로 구분하기 위한 도구적 개념으로 사용될 뿐 절대적 기준에서 각 구성을 구분하는 것이 아님은 자명하다.

한편, 본 발명의 상단 후면 프레임(131)은 상면 플레이트(150)와 물리적으로 결합되어 적층 구조의 하부 방향 힘이 전달됨과 동시에 앞서 설명된 바와 같이 열교환된 냉각 매체가 유출되는 유출 통공(135)이 형성되므로 이를 동시에 만족할 수 있도록 아치 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

이하에서는 첨부된 도 6 및 도 7을 참조하여 본 발명의 하우징(200), 특히 하우징의 전면 케이스(210)에 대한 구성을 설명하도록 한다.

상기 하우징의 전면 케이스(210)는 상기 스택(500) 구조의 전면에 위치하는 구성요소로서 배터리팩(10)을 냉각시키는 외부의 냉각 매체가 본 발명의 냉각 장치(1000)로 유입되는 통로인 유입구(211)가 하나 이상 형성된다.

상기 유입구(211)는 다양한 형태와 위치로 형성될 수 있는데, 외부로부터 유입된 냉각 매체가 앞서 설명된 수납장치(100)의 냉각 매체 유입 통공(145)으로 효과적으로 유입되도록 하기 위하여 상기 전면 케이스(210)의 유입구(211)는 상기 하단 전면 프레임(143)의 유입 통공(145)과 대응되는 위치에 구비되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 유입구(211)는 도 6에 도시된 바와 같이 복수 개의 통공 형태 또는 슬릿 형태 등으로 형성될 수 있는데, 앞서 설명된 상기 하단 전면 프레임(143)의 유입 통공(145)은 복수 개가 수평 방향으로 정렬된 형태를 가질 수 있으므로 외부 냉각 매체를 효과적으로 유입시키기 위하여 슬릿 형태로 형성되는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명의 냉각 장치(1000)는 내부에 장착 내지 구비되는 배터리팩을 냉각시키는 것으로서 상기 배터리팩(10)은 수분 등에 의한 절연성에 취약성을 본질적으로 가지게 된다. 이러한 절연성의 파괴 등은 후속적으로 이차전지의 단락이나 스웰링 현상 등을 유발시켜 폭발을 야기시킬 수 있으므로 상기 냉각 장치(1000)의 안정적이고 안전한 운용을 도모하기 위하여 외부로부터 수분 등이 침투되지 않도록 구성하는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명의 냉각 장치(1000)는 설치 환경에 따라 외부에 노출된 형태로 설치될 수 있는데 이러한 경우 강우 또는 강설 등의 일기 조건에서 본 발명의 냉각 장치(1000)로 수분 등이 침투될 수 있다.

이러한 외부 수분이나 이물질 등의 침투에 의한 영향을 최소화할 수 있도록 상기 유입구(211) 상방향에 상기 유입구(211)를 보호하는 일종의 처마 역할을 수행할 수 있는 돌출부재(213)가 형성되는 것이 더욱 바람직하다.

이러한 돌출부재(213)에 의하여 냉각 매체의 원활한 유입을 보장함과 동시에 강우 내지 강설 등에 의한 수분 등의 유입이 최소화되도록 억제할 수 있어 더욱 효과적인 장치를 구현할 수 있다.

도 8 및 도 9는 본 발명의 냉각장치(1000)를 구성하는 배기 덕트(400) 및 순환구동모듈(300)에 대한 일 실시예를 도시한 도면이며, 도 9는 본 발명의 전력 저장용 배터리팩 냉각장치의 배기 덕트(400)에 대한 결합 구조를 도시한 도면이다.

앞서 설명된 바와 같이 본 발명의 순환구동모듈(300)은 흡입력에 의하여 외계로부터 공기 등의 냉각매체가 유입되고 유출되도록 하는 원동력을 제공하는 구성요소이다.

외계로부터의 냉각 매체 유입과 열교환된 냉각 매체의 효과적인 배기를 위하여 상기 순환구동모듈(300)은 냉각 장치(1000)의 상방향에 위치시켜 열적 상승된 공기 등의 냉각매체가 더욱 원활하게 배출될 수 있도록 구성하는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명의 배기 덕트(400)는 상기 스택(500)의 후면에 구비되는데, 상기 배기 덕트(400)는 일단은 열교환된 냉각 매체가 유출될 수 있도록 상기 순환구동모듈(300)과 연결되며, 열교환된 냉각 매체가 유출되는 하나 이상의 유출구(410)이 형성된다.

또한, 열교환된 냉각 매체의 효과적인 유출을 위하여 상기 순환구동모듈(300)과 연결되는 타단 방향은 막힘 구조로 형성되는 것이 더욱 바람직하다.

한편, 상기 배기 덕트(400)의 유출구(410)는 앞서 설명된 수납 장치(100)의 상단 후면 프레임(131)이 형성된 유출 통공(135)에 대응되는 위치에 구비되도록 하고, 스택(500)을 형성하는 수납장치(100)의 개수, 즉 유출 통공(135)의 개수에 대응되는 개수로 구비되도록 하여 냉각 매체의 배기에 대한 효율성을 높일 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.

이와 같은 구조에 의하여 상기 배기 덕트(400)는 수납 장치(100)의 개수에 상관없이 배기를 위한 공통 유로를 형성할 수 있어 더욱 간단한 구조로도 효과적이고 통합된 배기 시스템을 구현할 수 있게 된다.

이상에서 설명된 본 발명의 구조를 통하여 냉각 매체가 이동되는 경로는 첨부된 도 10에 도시된 바와 같이 아래와 같은 경로를 형성한다.

외부에 존재하는 공기 등의 냉각 매체는 우선, 하우징(200)의 전면 케이스(210)에 형성된 유입구(211) 및 각 수납 장치(100)에 구비되는 유입 통공(145)으로 유입되며, 유입된 냉각매체는 배터리팩(10)을 거치며 열교환되고, 열교환된 냉각 매체는 각 수납 장치(100)에 구비되는 유출 통공(135)과 배기 덕트(400) 및 순환구동모듈(300)을 거쳐 외계로 유출되는 이동 경로를 형성하게 된다.

이상에서 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.

본 발명의 설명에 있어, 상하, 전후, 제 1 및 제 2 등으로 지칭된 용어는 물리적으로 구분되는 절대적 기준에 의하여 구성요소들을 구분하는 개념이라기 보다는 설정된 기준에 따라 달라질 수 있는 상대적 기준에 의하여 구성요소들을 도구적으로 구분하기 위하여 지칭되는 용어에 해당된다고 이해되어야 한다.

또한, 본 발명의 프레임 등의 구성요소는 앞서 상술된 설명된 기능에 기초하여 동일 또는 대응되는 기능을 수행할 수 있다면 구비되는 개수 및 구비되는 위치 등은 당업자 간의 변형례가 가능하다고 이해되어야 한다.

즉, 각각의 구성은 본 발명의 기술사상을 실현하기 위하여 채용되는 구성요소에 해당하므로 각각의 구성요소가 수행하는 기능이 실현될 수 있다면 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 하며, 동일 또는 유사한 기능을 수행하는 구성요소라면 그 명칭 상의 일치성 여부와는 무관히 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 함은 물론이다.

Claims

배터리팩이 구비되는 내부 공간이 형성된 수납 장치에 있어서,

상기 내부 공간의 양 측면을 형성하도록 상호 대면하는 형태로 구비되는 제1 및 제2 측면 플레이트;

상기 제1 및 제2 측면 플레이트의 상부 모서리 부위를 각각 연결하는 2개의 상단 프레임; 및

상기 제1 및 제2 측면 플레이트의 하부 모서리 부위를 각각 연결하는 2개의 하단 프레임을 포함하며,

상기 하단 프레임 중 전면에 위치한 하단 전면 프레임은 냉각 매체의 유입을 위한 유입 통공이 형성되며, 상기 상단 프레임 중 후면에 위치한 상단 후면 프레임은 열교환된 냉각 매체의 유출을 위한 유출 통공이 형성된 것을 특징으로 하는 배터리팩 수납장치.
제 1항에 있어서,

상기 2개의 상단 프레임과 상기 제1 및 제2 측면 플레이트의 상단부를 커버링하는 상면 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상면 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리팩 수납장치.
제 2항에 있어서, 상기 상면 플레이트는,

상기 상단 프레임의 상부 요철 구조에 대응되는 형상의 요철 구조가 하부에 형성된 것을 특징으로 하는 배터리팩 수납장치.
제 3항에 있어서, 상기 요철 구조는,

끼움식 결합 구조 또는 슬라이딩식 결합 구조인 것을 특징으로 하는 배터리 팩 수납장치.
제 2항에 있어서, 상기 상면 플레이트는,

상기 하단 프레임의 하부 요철 구조에 대응되는 형상의 요철 구조가 상부에 형성된 것을 특징으로 하는 배터리팩 수납장치.
제 5항에 있어서, 상기 요철 구조는,

끼움식 결합 구조 또는 슬라이딩식 결합 구조인 것을 특징으로 하는 배터리 팩 수납장치.
제 1항에 있어서, 상기 상단 후면 프레임은,

아치 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리팩 수납장치.
배터리팩이 구비되는 내부 공간의 양 측면을 형성하도록 상호 대면하는 형태로 구비되는 제1 및 제2 측면 플레이트; 상기 제1 및 제2 측면 플레이트의 상부 모서리 부위를 각각 연결하는 2개의 상단 프레임; 및 상기 제1 및 제2 측면 플레이트의 하부 모서리 부위를 각각 연결하는 2개의 하단 프레임을 포함하며, 상기 하단 프레임 중 전면에 위치한 하단 전면 프레임은 냉각 매체의 유입을 위한 유입 통공이 형성되며, 상기 상단 프레임 중 후면에 위치한 상단 후면 프레임은 열교환된 냉각 매체의 유출을 위한 유출 통공이 형성된 배터리팩 수납장치가 적층식 구조로 복수 개 구비되는 스택;

상기 냉각 매체가 유입되는 유입구가 전면 케이스에 형성된 하우징;

상기 냉각 매체가 유입 및 유출되도록 구동력을 제공하는 순환구동모듈; 및

상기 스택의 후면에 구비되며, 상기 열교환된 냉각 매체가 유출되는 유출구가 형성되고, 일단은 상기 순환 구동모듈과 연결되는 배기 덕트를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 저장용 배터리팩의 냉각 장치.
제 8항에 있어서, 상기 전면 케이스의 유입구는,

상기 배터리팩 수납장치의 하단 전면 프레임에 형성된 유입 통공과 대응되는 위치에 구비되는 것을 특징으로 하는 전력 저장용 배터리팩의 냉각 장치.
제 9항에 있어서, 상기 전면 케이스의 유입구는,

슬릿 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전력 저장용 배터리팩의 냉각 장치.
제 8항에 있어서,

상기 유입구로의 이물질 유입 방지를 위하여 상기 유입구 상부에 돌출부재가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 전력 저장용 배터리팩의 냉각 장치.
제 10항에 있어서, 상기 배기 덕트의 유출구는,

상기 배터리팩 수납장치의 상단 후면 프레임에 형성된 유출 통공과 대응되는 위치에 구비되는 것을 특징으로 하는 전력 저장용 배터리팩의 냉각 장치.
제 12항에 있어서, 상기 배터리팩 수납장치는,

상기 2개의 상단 프레임과 상기 제1 및 제2 측면 플레이트의 상단부를 커버링하는 상면 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상면 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 저장용 배터리팩의 냉각 장치.
제 13항에 있어서, 상기 상면 플레이트는,

상기 상단 프레임의 상부 요철 구조에 대응되는 형상의 요철 구조가 하부에 형성된 것을 특징으로 하는 전력 저장용 배터리팩의 냉각 장치.
제 14항에 있어서, 상기 요철 구조는,

끼움식 결합 구조 또는 슬라이딩식 결합 구조인 것을 특징으로 하는 전력 저장용 배터리팩의 냉각 장치.
제 13항에 있어서, 상기 상면 플레이트는,

상기 하단 프레임의 하부 요철 구조에 대응되는 형상의 요철 구조가 상부에 형성된 것을 특징으로 하는 전력 저장용 배터리팩의 냉각 장치.
제 16항에 있어서, 상기 요철 구조는,

끼움식 결합 구조 또는 슬라이딩식 결합 구조인 것을 특징으로 하는 전력 저장용 배터리팩의 냉각 장치.
제 10항에 있어서,

상기 배터리팩 수납장치의 상단 후면 프레임은,

아치 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전력 저장용 배터리팩의 냉각 장치.