WO2014171651A1 - 열전달오일이 포함된 에너지 저장장치 - Google Patents

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WO2014171651A1
WO2014171651A1 PCT/KR2014/002855 KR2014002855W WO2014171651A1 WO 2014171651 A1 WO2014171651 A1 WO 2014171651A1 KR 2014002855 W KR2014002855 W KR 2014002855W WO 2014171651 A1 WO2014171651 A1 WO 2014171651A1
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WO
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module case
secondary battery
heat transfer
module
battery
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PCT/KR2014/002855
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Inventor
채재훈
장규환
양원돈
Original Assignee
(주)유진에너팜
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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/617—Types of temperature control for achieving uniformity or desired distribution of temperature
    • H—ELECTRICITY
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention fills the heat transfer oil inside a module case accommodating a plurality of secondary battery cells, thereby ensuring thermal stability through heat balance from the basic module of the energy storage device and maintaining the thermal characteristics of the secondary battery cells uniformly.
  • an energy storage device comprising a heat transfer oil.
  • energy storage devices are largely divided into a method of storing thermal energy and a method of storing electrical energy, and the heat storage system storing the thermal energy has grown a lot with renewable energy such as solar heat, but recently, Under the influence of the Smart Grid, the field of electric storage devices that store large electricity is growing rapidly.
  • green growth is a system that can store or charge and discharge a large amount of electricity by connecting a large number of secondary batteries or storage batteries with next-generation growth power and technology. It is known as the core technology of In Smart Grid.
  • This electrical energy storage device is to accumulate a large unit of electrical energy of 500KW or more than 1MW through the connection of a series of parallel batteries by collecting several types of batteries, as in the Republic of Korea Patent Publication No. 10-2009-0116625 "energy storage system". It means a storage device that can deliver electricity by discharging, the electrical energy storage device has been growing rapidly in recent two years, and the performance has been proven through various demonstration complexes.
  • the electrical energy storage device as described above may be applied to a capacitor (capacitor) and a primary battery or a secondary battery, but the capacitor is a capacitor, high output, high discharge can not charge a product or a large capacity.
  • the capacitor is a capacitor, high output, high discharge can not charge a product or a large capacity.
  • primary battery it is possible to increase the capacity by connecting several cells to one, but it has the disadvantage that charging and discharging life and high output are impossible. Therefore, it is impossible to develop a large electric energy storage system in the past. .
  • FIG. 1 one secondary battery module (base module) using a plurality of secondary battery cells is illustrated. And by connecting these secondary battery modules to form a single electrical energy storage device, these modules can be produced in a variety of shapes depending on the capacity of the cell and made in a variety of shapes depending on the rectification of the battery cell.
  • thermal equilibrium due to thermal imbalance for each cell, and thermal equilibrium of each module based on such a basis causes a sudden decrease in life and risk of explosion.
  • moisture permeation causes problems such as overload or decrease in life due to corrosion of cells and electrodes, and increase in resistance.
  • the present invention is to solve the above problems, by filling the heat transfer oil inside the module case accommodating a plurality of secondary battery cells, to ensure thermal stability through the balance of heat from the basic module of the energy storage device and the secondary battery By maintaining the thermal characteristics of the cell uniformly, it minimizes the lifespan of the secondary battery cell module, improves the performance of charging and discharging, reduces the risk of explosion, releases heat quickly to the outside, and also moistureproof. And to provide an energy storage device containing a heat transfer oil, which not only has anti-rust performance, but also has a heating means in the module separately, so as to maintain optimal performance from the beginning even at cryogenic temperatures.
  • the present invention provides an energy storage device comprising a plurality of secondary battery modules consisting of a plurality of secondary battery cells and a module case accommodating the plurality of secondary battery cells.
  • An energy storage device including a heat transfer oil, characterized in that the heat transfer oil is filled in the module case as a means for solving the problem.
  • the present invention is a secondary battery module according to a first embodiment, the module case; A secondary battery cell accommodated in the module case; A heat transfer oil filled in the module case; A support part fixed to one end of the module case to support the secondary battery cell; An oil inlet configured at an upper end of the module case; And an air outlet formed at an upper end of the module case.
  • the present invention is a secondary battery module according to a second embodiment, the upper surface of the module case open; A cover part which closes an upper surface of the module case; A first support part fixed to one end of the cover part; A plurality of secondary battery cells supported by the cover part via the first support part and accommodated into the module case through coupling of the cover part and the module case; A heat transfer oil filled in the module case; And a second support part fixed to one end of the module case and supporting the secondary battery cell.
  • the present invention is a secondary battery module according to a third embodiment, the module case; A plurality of secondary battery cells accommodated in the module case; A heat transfer oil filled in the module case; A support part fixed to one end of the module case to support the secondary battery cell; An oil inlet configured at an upper end of the module case; An air outlet formed at an upper end of the module case; And heating means configured at one end inside the module case.
  • a temperature sensor may be provided at one end inside and outside the module case of the secondary battery module.
  • the secondary battery cell may be a lithium ion battery, a lithium ion polymer battery, a litum air battery, an advanced lithium-ion battery (ALB), a lead acid battery, a nickel cadmium battery, a nickel hydrogen battery, a sodium sulfur battery, a sodium zinc battery, NCA (nickel-cobalt-aluminum) battery, NCM (nickel-cobalt-manganese) battery and lithium air battery.
  • ALB advanced lithium-ion battery
  • the module case, the first PET layer; A heat dissipation material layer formed on an upper surface of the first PET layer via a first adhesive layer; An aluminum layer formed on an upper surface of the heat dissipating material layer; And a second PET layer formed on an upper surface of the aluminum layer through a second adhesive layer.
  • the present invention by heat transfer through the heat transfer oil, to achieve a thermal balance of the secondary battery module to minimize the reduction of the life of the secondary battery module, improve the performance of charging and discharging, reduce the risk of explosion as well as heat It releases quickly.
  • the present invention is filled with the heat transfer oil inside, there is an effect of moisture-proof and rustproof.
  • the present invention is provided with a heating means therein, there is an effect of maintaining optimal performance from the beginning even at cryogenic temperatures.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a general energy storage device
  • Figure 2 is a schematic diagram showing a secondary battery module of the energy storage device including a heat transfer oil according to a first embodiment of the present invention
  • FIG 3 is a schematic view showing a secondary battery module of an energy storage device including a heat transfer oil according to a second embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a schematic diagram showing a secondary battery module of the energy storage device including a heat transfer oil according to a third embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing the outer wall configuration of the module case according to each embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a graph showing the thermal stability of each part / time when using the heat transfer oil according to each embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic view of a rechargeable battery module of an energy storage device including a heat transfer oil according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is an energy storage device including a heat transfer oil according to a second embodiment of the present invention
  • 4 is a schematic view showing a secondary battery module
  • FIG. 4 is a schematic view showing a secondary battery module of an energy storage device including a heat transfer oil according to a third embodiment of the present invention.
  • the energy storage device including the heat transfer oil includes a module case 10, a secondary battery cell 20, a heat transfer oil 30, and a support part 11.
  • the secondary battery module 100 including the oil inlet 12 and the air outlet 13 is connected to a plurality of configurations.
  • the method of connecting the plurality of secondary battery modules 100 is very variable according to the installation environment, purpose, and the like of the energy storage device, and the shape thereof is also variously known, and thus the detailed description thereof will be omitted.
  • a feature of the present invention lies in the configuration of the secondary battery module 100 which is a basic module of the energy storage device.
  • the module case 10 is a case for accommodating a secondary battery cell 20 to be described later.
  • the first PET (PolyEthylene Terephtalate) layer (10a) and the first adhesive layer (10b) The heat dissipation material layer 10c formed on the upper surface of the first PET layer 10a, the aluminum layer 10d formed on the upper surface of the heat dissipation material layer 10c, and the second adhesive layer 10e are mediated.
  • the second PET layer 10f formed on the top surface of the aluminum layer 10d is sequentially stacked to form an outer wall, thereby improving heat dissipation performance.
  • heat dissipating material it is possible to apply all kinds of materials such as various ceramic coating layers, heat dissipating coating layers using carbon, heat dissipating sheets, heat dissipating materials using polymer resins, heat dissipating materials using graphene, and heat dissipating coating layers through plasma or modification. It is possible.
  • the module case 10 having the outer wall structure as described above keeps the heat of the secondary battery module 100 constant and blocks the external heat, thereby improving the waterproof performance.
  • the improvement of the anti-fog performance prevents the rust generated in the electrode parts of the conventional batteries, suppresses the increase of the resistance due to the rust, and fundamentally blocks the drop in the output and the electric transfer force during discharge, thereby improving the lifespan.
  • the secondary battery cell 20 is provided in plurality in the module case 10, the secondary battery module 100 having such a configuration is a lithium ion battery, lithium ion polymer battery, Lithium air battery, ALB ( Among Advanced Lithium-ion Battery, Lead Acid Battery, Nickel Cadmium Battery, Nickel Hydrogen Battery, Sodium Sulfur Battery, Sodium Zinc Battery, NCA (Ni-Cobalt-Aluminum) Battery, NCM (Ni-Cobalt-Manganese) Battery and Lithium Air Battery It may be made of any one, and may include a conventional current measuring sensor, voltage measuring sensor and the like.
  • the heat transfer oil 30 is filled in the module case 10 to ensure thermal stability through the balance of heat from the basic module of the energy storage device and to maintain the thermal characteristics of the secondary battery cells uniformly.
  • 1 ⁇ 7 types of insulating oils, engine oils, gear oils, heat transfer oils, such as gear oil worm oil according to [Table 1] can be used in all cases, but at this time, the application of low electrical conductivity oil, which is preferred for each busbar Since each oil is contained in the oil, it is possible to use a high-conductivity oil, which may cause a short life due to a short circuit or an increase in electrical resistance.
  • the support part 11 is fixed to one end of the module case 10 to support the secondary battery cell 20, and a lower end portion of the secondary battery cell 20 in the module case 10. It is formed at a position corresponding to.
  • the oil inlet 12 is configured to be configured at the upper end of the module case 10 to allow the heat transfer oil 30 to be introduced into the module case 10, and the air outlet 13 is formed at the other side. Therefore, when the heat transfer oil 30 is added, it is possible to add at a constant pressure.
  • the energy storage device including the heat transfer oil includes a module case 10 ′, a cover part 40, a first support part 41, and a secondary battery.
  • a plurality of secondary battery modules 100 ′ including the cell 20 ′, the heat transfer oil 30 ′, and the second support part 42 are connected to each other.
  • the module case 10 ′ is a case for accommodating a secondary battery cell 20 to be described later.
  • the same material as that of the first embodiment is applied, and the upper surface of the module case 10 ′ is opened, and the upper surface of the module case 10 ′ is covered. 40).
  • a plurality of secondary battery cells 20 ′ are fixed to the cover part 40 through the first support part 41, and the cover part 40 is coupled to the module case 10 ′ by the cover part 40. It is housed inside the module case 10 '.
  • a plurality of secondary oils are introduced into the module case 10 'in advance, and the secondary parts fixed to the cover part 40 are coupled to the cover part 40 and the module case 10'.
  • the battery cell 20 ′ is accommodated in the module case 10 ′ filled with the heat transfer oil 30 ′.
  • a second support portion 42 is added to one end of the module case 10 ′. It is provided with to receive the secondary battery cell 20 'firmly.
  • the material of the module case 10 ', the type of the secondary battery cell 20, the type and the physical properties of the heat transfer oil 30 are the same as those of the first embodiment, and a detailed description thereof will be omitted.
  • the energy storage device can improve productivity and reduce the process compared to the first embodiment, and when a problem occurs in each battery, the cover part 40 is removed to remove the secondary battery cell ( 20) has the advantage of being able to replace.
  • the energy storage device including the heat transfer oil includes a module case 10 ′′, a secondary battery cell 20 ′′, a heat transfer oil 30 ′. '),
  • the support 11', the oil inlet 12 ', the air outlet 13' and the secondary battery module (100 '') including the heating means 14 is configured by a plurality of connected.
  • the module case 10 ′′, the secondary battery cell 20 ′′, the heat transfer oil 30 ′′, the support 11 ′, the oil inlet 12 ′, and the air outlet 13 ′ are shown in FIG. Since it has the same structure, material, type, and the like as the first embodiment of the present invention according to 2, its detailed description is omitted.
  • the heating means 14 is a means for maintaining optimum performance from the beginning even at very low temperatures.
  • the heating means 14 is suitable for applying to the polar region in the case of the energy storage device including the heat transfer oil according to the third embodiment.
  • the means 14 may be applied to a common heating coil or the like, and operates in conjunction with the temperature sensor S to be described later so that the internal temperature of the module case 10 '' may be maintained at 20 to 40 ° C.
  • a plurality of temperature sensors S are respectively provided at inner and outer ends of the module cases 10, 10 ′ and 10 ′′ so that the module cases 10, 10 ′ and 10 ′′ and the secondary battery cells ( By grasping the temperature of 20a) in real time, it is possible to more efficiently ensure thermal stability through heat balance, and to maintain thermal properties uniformly.
  • FIG. 6 is a graph showing the thermal stability of each part / time when using the heat transfer oil, for each part (top (A) for the secondary battery module of the energy storage device including the heat transfer oil according to the present invention configured as described above) , Middle part (B), the bottom (C)) /
  • top (A) for the secondary battery module of the energy storage device including the heat transfer oil according to the present invention configured as described above
  • Middle part (B), the bottom (C)) As a result of measuring the temperature by time, it can be seen that the heat of each part is uniformly made in about 1 degree over time, and thus the present invention thermal stability And it can be seen that the uniformity, the heat transfer performance is excellent.
  • the present invention provides an energy storage device comprising a plurality of secondary battery modules consisting of a plurality of secondary battery cells and a module case accommodating the plurality of secondary battery cells.
  • An energy storage device including a heat transfer oil, characterized in that the heat transfer oil is filled in the module case is a form for practicing the invention.
  • the present invention is a secondary battery module according to a first embodiment, the module case; A secondary battery cell accommodated in the module case; A heat transfer oil filled in the module case; A support part fixed to one end of the module case to support the secondary battery cell; An oil inlet configured at an upper end of the module case; And an air outlet formed at an upper end of the module case.
  • the present invention is a secondary battery module according to a second embodiment, the upper surface of the module case open; A cover part which closes an upper surface of the module case; A first support part fixed to one end of the cover part; A plurality of secondary battery cells supported by the cover part via the first support part and accommodated into the module case through coupling of the cover part and the module case; A heat transfer oil filled in the module case; And a second support part fixed to one end of the module case and supporting the secondary battery cell.
  • the present invention is a secondary battery module according to a third embodiment, the module case; A plurality of secondary battery cells accommodated in the module case; A heat transfer oil filled in the module case; A support part fixed to one end of the module case to support the secondary battery cell; An oil inlet configured at an upper end of the module case; An air outlet formed at an upper end of the module case; And heating means configured at one end inside the module case.
  • a temperature sensor may be provided at one end inside and outside the module case of the secondary battery module.
  • the secondary battery cell may be a lithium ion battery, a lithium ion polymer battery, a litum air battery, an advanced lithium-ion battery (ALB), a lead acid battery, a nickel cadmium battery, a nickel hydrogen battery, a sodium sulfur battery, a sodium zinc battery, NCA (nickel-cobalt-aluminum) battery, NCM (nickel-cobalt-manganese) battery and lithium air battery.
  • ALB advanced lithium-ion battery
  • the module case, the first PET layer; A heat dissipation material layer formed on an upper surface of the first PET layer via a first adhesive layer; An aluminum layer formed on an upper surface of the heat dissipating material layer; And a second PET layer formed on an upper surface of the aluminum layer through a second adhesive layer.
  • the present invention by heat transfer through the heat transfer oil, to achieve a thermal balance of the secondary battery module to minimize the reduction of the life of the secondary battery module, improve the performance of charging and discharging, reduce the risk of explosion as well as heat It has the effect of rapid release, as well as the present invention by filling the heat transfer oil inside, there is the effect of moisture-proof and rustproof, and the present invention has a heating means therein, to maintain optimum performance from the beginning even at very low temperatures It is expected to be widely used in industry in that it has an effect.

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Abstract

본 발명은 열전달오일이 포함된 에너지 저장장치에 관한 것으로, 구체적으로는 복수의 2차 전지셀이 수용되는 모듈 케이스 내부에 열전달오일을 채워, 에너지 저장장치의 기본모듈에서부터 열의 평형을 통해 열적 안정성을 확보하고 2차 전지셀의 열적특성을 균일하게 유지할 수 있도록 함으로써, 2차전지셀 모듈의 수명감소를 최소화하며, 충전 및 방전의 성능을 개선시키고, 폭발의 위험성을 줄일 뿐만 아니라 외부로 열을 빠르게 방출시키며, 또한 방습 및 방청 성능을 가질 뿐만 아니라 별도로 모듈 내부에 가열수단을 구비함으로써, 극저온에서도 초기부터 최적의 성능을 유지할 수 있도록 하는, 열전달오일이 포함된 에너지 저장장치에 관한 것이다.

Description

열전달오일이 포함된 에너지 저장장치
본 발명은 복수의 2차 전지셀이 수용되는 모듈 케이스 내부에 열전달오일을 채움으로써, 에너지 저장장치의 기본모듈에서부터 열의 평형을 통해 열적 안정성을 확보하고 2차 전지셀의 열적특성을 균일하게 유지할 수 있도록 하는, 열전달오일이 포함된 에너지 저장장치에 관한 것이다.
일반적으로 에너지 저장장치는 크게 열에너지를 저장하는 방식과 전기에너지를 저장하는 방식으로 크게 구분이 되어지며, 상기 열에너지를 저장하는 축열시스템은 태양열과 같은 신재생에너지와 더불어 많은 성장을 하였으나, 최근에는 스마크 그리드(Smart Grid)의 영향에 따라 대형 전기를 저장하는 전기저장 장치 분야가 급성장하고 있다.
특히, 전기에너지 저장장치(ESS-Energy storage system)의 경우는, 차세대 성장동력과 기술로써 2차전지 또는 축전지를 대량으로 연결함으로 통해서 대량의 전기를 저장하거나 충,방전을 할수 있는 시스템으로 녹색성장인 스마트 그리드의 핵심 기술로 알려져 있다.
이런 전기에너지 저장 장치는 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0116625호 "에너지 저장 시스템" 에서와 같이 여러 종류의 축전지를 모아 직병렬을 연결시킴을 통해 500KW 혹은 1MW 이상의 대단위 전기에너지를 축전시키고 필요시 방전시켜 전기를 전달시킬 수 있는 저장 장치를 의미하는 것으로, 이러한 전기에너지 저장장치는 최근 2년간 급속도로 성장해왔으며 각종 실증단지를 통해서 그 성능이 입증되어진 바가 있다.
그러나 이러한 전기 저장장치들은 대용량의 전기를 충방전하게되고, 또한 외부에 노출되는 등 그 사용환경이 매우 열악할 뿐만 아니라, 방수 문제, 열적 안정성 문제 등이 집중적으로 대두되고 있다.
한편, 상기와 같은 전기에너지 저장장치는 케패시터(Capacitor : 축전지) 와 1차전지 또는 2차전지를 적용할 수 있으나, 케패시터는 콘덴서로써, 고출력, 고방전은 가능한 제품이나 대용량을 충전할 수 없다는 단점이 있고, 1차전지의 경우 여러개의 셀을 하나로 연결함을 통해서 대용량화가 가능하나 충방전 수명 및 고출력이 불가능하다는 단점을 가지고 있어서 기존에는 대형의 전기에너지 저장시스템을 개발하기가 현실적으로 불가능하게 되었다.
그러나 2차전지의 보급과 리튬이온전지의 보급으로 충방전의 수명의 늘어나게 되고 출력을 향상시킬 수 있음을 통해, 전기를 자유롭게 저장시키고 또한 방전 시키는 시스템을 적용할 수 있는 단위 셀을 개발할 수 있게 되었다.
따라서, 2차전지를 전기에너지 저장장치화 하기위해서 다양한 시도들과 연구들이 진행되어져 있으며, 통상 도 1에 도시된 바와 같이, 복수의 2차전지 셀을 이용하여 하나의 2차전지모듈(기본모듈)을 만들고 이러한 2차전지모듈들을 연결하여서 하나의 전기에너지 저장장치를 구성하게 되며, 이러한 모듈은 셀의 용량에 따라 다양하게 제작이 가능하며 전지셀의 정류에 따라 다양한 모양으로 만들어진다.
하지만, 상기와 같이 2차전지를 하나의 모듈로 구성할 경우, 각 셀 별 열적불균형에 따른 열평형의 문제점, 이러한 기반으로 하여 각 모듈의 열적 평형의 문제를 통해 수명의 급격한 감소와 동시에 폭발의 위험성을 가지게 되고, 또한 방수성능의 하락으로 인해서 수분침투로 인해 셀 및 전극의 부식으로 인한 과부화 혹은 수명감소, 저항 증가의 문제가 발생하게 된다.
특히 전기 차량용으로 사용이 가능한 전기에너지 저장장치의 경우에는 고출력으로 인한 고방전 고효율 셀을 사용하게 되는데 이런 열적 안성정과 각 셀별의 열평형 문제는 출력에 심각한 영향을 미치게 되고 방수 문제와 열전달 문제를 모두 수반하게 된다.
이를 해결하기 위하여 전기에너지 저장장치의 기본단위 모듈을 제작하기 위해서 각각의 열평형을 만들 수 있는 특별한 조건이 부여가 되어지는데. 통상 각 셀의 간격을 최대화하여 공랭식의 최대 장점을 활용하는 방법과 냉각팬을 설치함을 통해서 냉각시키는 방법 등을 사용하고 있으나, 상기와 같은 각각의 방법들은 부피가 극대화 되는 문제, 팬 냉각 방식으로 인한 각 셀간의 열균일성 확보의 어려움, 원가상승 및 소음 문제등 다양한 문제를 가지게 된다.
또한, 전기에너지 저장장치의 경우, 셀 및 모듈의 열관리와 동시에 방수가 가능한 시스템 그리고 극저온에서도 사용이 가능한 시스템 등 동시다발적인 성능에 만족하는 시스템이 궁극적으로 필요한 상황임에도 불구하고, 모듈의 공간이 공기로 채워지는 등 단열의 성능을 가짐으로 전지 셀을 상기와 같은 환경에 직접적으로 적용하는 것이 현실적으로 불가능하게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 복수의 2차 전지셀이 수용되는 모듈 케이스 내부에 열전달오일을 채워, 에너지 저장장치의 기본모듈에서부터 열의 평형을 통해 열적 안정성을 확보하고 2차 전지셀의 열적특성을 균일하게 유지할 수 있도록 함으로써, 2차전지셀 모듈의 수명감소를 최소화하며, 충전 및 방전의 성능을 개선시키고, 폭발의 위험성을 줄일 뿐만 아니라 외부로 열을 빠르게 방출시키며, 또한 방습 및 방청 성능을 가질 뿐만 아니라 별도로 모듈 내부에 가열수단을 구비함으로써, 극저온에서도 초기부터 최적의 성능을 유지할 수 있도록 하는, 열전달오일이 포함된 에너지 저장장치를 제공함을 과제로 한다.
본 발명은 복수의 2차전지셀 및 이를 수용하는 모듈케이스로 이루어지는 2차전지모듈이 복수개로 연결되어 구성되는 에너지 저장장치에 있어서,
상기 모듈케이스 내부에 열전달 오일이 채워지는 것을 특징으로 하는 열전달오일이 포함된 에너지 저장장치를 과제의 해결 수단으로 한다.
한편, 본 발명은 제 1 실시예로써 상기 2차전지모듈이, 모듈케이스; 상기 모듈케이스에 수용되는 2차전지셀; 상기 모듈케이스 내부에 채워지는 열전달 오일; 상기 모듈케이스 내부 일단에 고정되어 상기 2차전지셀을 지지하는 지지부; 상기 모듈케이스의 상측 일단에 구성되는 오일 투입구; 및 상기 모듈케이스의 상측 일단에 구성되는 공기 배출구;를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 본 발명은 제 2 실시예로써 상기 2차전지모듈이, 상부면이 개방된 모듈케이스; 상기 모듈케이스의 상부면을 마감하는 덮개부; 상기 덮개부의 일단에 고정되는 제 1지지부; 상기 제 1 지지부를 매개로 상기 덮개부에 지지되며, 상기 덮개부와 모듈케이스의 결합을 통해 상기 모듈케이스 내부로 수용되는 복수의 2차전지셀; 상기 모듈케이스 내부에 채워지는 열전달오일; 및 상기 모듈케이스 내부 일단에 고정되어 상기 2차전지셀을 지지하는 제 2지지부;를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 본 발명은 제 3 실시예로써 상기 2차전지모듈이, 모듈케이스; 상기 모듈케이스에 수용되는 복수의 2차전지셀; 상기 모듈케이스 내부에 채워지는 열전달 오일; 상기 모듈케이스 내부 일단에 고정되어 상기 2차전지셀을 지지하는 지지부; 상기 모듈케이스의 상측 일단에 구성되는 오일 투입구; 상기 모듈케이스의 상측 일단에 구성되는 공기 배출구; 및 상기 모듈케이스 내부 일단에 구성되는 가열수단;을 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 상기 2차전지모듈의 모듈케이스 내·외부 일단에 온도센서가 각각 구비될 수 있다.
그리고, 상기 2차전지셀은, 리튬이온전지, 리튬이온폴리머전지, 리툼공기전지, ALB(Advanced Lithium-ion Battery), 연축전지, 니켈카드늄전지, 니켈수소전지, 나트륨황전지, 나트륨아연전지, NCA (니켈-코발트-알루미늄) 전지, NCM (니켈-코발트-망간)전지 및 리튬공기전지 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 모듈케이스는, 제 1 PET층; 제 1 접착층을 매개로 상기 제 1 PET층의 상부면에 형성되는 방열소재층; 상기 방열소재층의 상부면에 형성되는 알루미늄층; 및 제 2 접착층을 매개로 상기 알루미늄층의 상부면에 형성되는 제 2 PET층;으로 외벽이 구성될 수 있다.
본 발명은 열전달오일을 통해 열전달을 함으로써, 2차전지모듈의 열적 균형을 이루어 2차전지모듈의 수명감소를 최소화하며, 충전 및 방전의 성능을 개선시키고, 폭발의 위험성을 줄일 뿐만 외부로 열을 빠르게 방출시키는 효과가 있다.
뿐만 아니라 본 발명은 열전달오일을 내부에 가득 채움으로써, 방습 및 방청의 효과가 있다.
또한 본 발명은 내부에 가열수단을 구비함으로써, 극저온에서도 초기부터 최적의 성능을 유지하는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 에너지 저장장치를 나타낸 개략도
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열전달오일이 포함된 에너지 저장장치의 2차전지모듈을 나타낸 개략도
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 열전달오일이 포함된 에너지 저장장치의 2차전지모듈을 나타낸 개략도
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 열전달오일이 포함된 에너지 저장장치의 2차전지모듈을 나타낸 개략도
도 5는 본 발명의 각 실시예에 따른 모듈케이스의 외벽 구성을 나타낸 개략도
도 6은 본 발명의 각 실시예에 따른 열전달 오일 사용시 각 부위별/시간별 열안정성을 나타낸 그래프
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
아울러, 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우는 해당되는 발명의 설명부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 밝혀두고자 한다. 또한 실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고, 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열전달오일이 포함된 에너지 저장장치의 2차전지모듈을 나타낸 개략도이고, 도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 열전달오일이 포함된 에너지 저장장치의 2차전지모듈을 나타낸 개략도이며, 도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 열전달오일이 포함된 에너지 저장장치의 2차전지모듈을 나타낸 개략도이다.
먼저, 도 2를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 열전달오일이 포함된 에너지 저장장치는 모듈케이스(10), 2차전지셀(20), 열전달 오일(30), 지지부(11), 오일 투입구(12) 및 공기 배출구(13)를 포함하여 구성되는 2차전지모듈(100)이 복수개로 연결되어 구성된다.
여기서, 복수개의 2차전지모듈(100)이 연결되는 방법은 에너지 저장장치의 설치환경, 목적 등에 따라 매우 가변적이고 그 형태 역시 다양하게 공지되어 있으므로 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 특징은 상기 에너지 저장장치의 기본모듈인 2차전지모듈(100)의 구성에 있다.
상기 모듈케이스(10)는, 후술되어질 2차 전지셀(20)을 수용하는 케이스로써, 도 5에 도시된 바와 같이, 제 1 PET(PolyEthylene Terephtalate)층(10a), 제 1 접착층(10b)을 매개로 상기 제 1 PET층(10a)의 상부면에 형성되는 방열소재층(10c), 상기 방열소재층(10c)의 상부면에 형성되는 알루미늄층(10d) 및 제 2 접착층(10e)을 매개로 상기 알루미늄층(10d)의 상부면에 형성되는 제 2 PET층(10f)이 순차적으로 적층되어 외벽을 구성시킴으로써, 방열성능을 향상시키게 된다.
이때, 상기 방열소재로는 각종 세라믹 코팅층, 탄소를 이용한 방열 코팅층, 방열시트, 고분자 수지를 활용한 방열소재, 그래핀을 이용한 방열 소재, 플라즈마 혹은 개질을 통한 방열코팅층 등 모든 종류의 소재의 적용이 가능하다.
즉, 상기와 같은 외벽 구조를 가지는 모듈케이스(10)로 2차전지모듈(100)의 열을 일정하게 유지케 하고 외부의 열은 차단하며, 방수성능은 개선시키는 효과를 가져온다. 그리고 방성성능의 개선은 종래 전지들의 전극부위에 발생되는 녹을 방지하고, 녹으로 인한 저항의 증가를 억제하며, 방전시 출력과 전기전달력의 하락을 근본적으로 차단하여 수명이 향상되는 효과를 가져온다.
상기 2차전지셀(20)은 복수개로 구비되어 상기 모듈케이스(10)에 수용되며, 이러한 구성을 가지는 2차전지모듈(100)은 리튬이온전지, 리튬이온폴리머전지, 리툼공기전지, ALB(Advanced Lithium-ion Battery), 연축전지, 니켈카드늄전지, 니켈수소전지, 나트륨황전지, 나트륨아연전지, NCA (니켈-코발트-알루미늄) 전지, NCM (니켈-코발트-망간)전지 및 리튬공기전지 중 어느 하나로 이루질 수 있고, 통상적인 전류측정센서, 전압측정센서 등을 포함할 수 있다.
상기 열전달 오일(30)은 상기 모듈케이스(10) 내부에 채워져, 에너지 저장장치의 기본모듈에서부터 열의 평형을 통해 열적 안정성을 확보하고 2차 전지셀의 열적특성을 균일하게 유지할 수 있도록 하는 것으로, 아래 [표 1]에 따른 1 ~ 7종의 절연유, 엔진오일, 기어오일 웜오일과 같은 기존의 열전달 오일 등 모든 경우에 가능하나 이때 전기 전도도가 낮은 오일의 적용이 바람직한데, 이는 전지의 각 부스바가 각각 오일 속에 들어나있기 때문에 전기 전도도가 높은 오일을 사용할 경우는 합선 혹은 전기저항의 증가로 인한 수명문제가 가능하기 때문이다.
따라서 기존의 절연유는 모두 적용이 가능하며 기존의 엔진오일, 기어오일, 웜오일에서도 전기 전도도가 낮은 제품은 사용이 가능하며 투명도를 위한 일정한 점도의 실리콘 오일유, 광유도 적용이 가능하며, 구체적으로는 열전달률이 0.1W/(m2·K)이상이고, 내열온도가 250℃ 이상이며, 투습도가 4.0g/(m2·24h)이고, 절연파괴 전압이 10KV이며, 상기 모듈 케이스(10)의 내부온도가 5℃일 때, 그 점도가 30cP인 것을 사용하는 것이 바람직하며, 열전달 오일(30)의 물성이 상기 범위를 벗어날 경우, 열적 안정성 확보 성능이 미비해질 우려가 있다.
상기 지지부(11)는, 상기 모듈케이스(10) 내부 일단에 고정되어 상기 2차전지셀(20)을 지지하는 것으로, 상기 모듈케이스(10)의 내부에서 상기 2차전지셀(20)의 하단부와 대응되는 위치에 형성된다.
상기 오일 투입구(12)는, 상기 모듈케이스(10)의 상측 일단에 구성되어 열전달 오일(30)이 모듈 케이스(10) 내부로 투입될 수 있도록 하는 것으로, 타측에 공기배출구(13)가 형성됨에 따라, 열전달 오일(30)의 투입 시, 일정한 압력으로 투입이 가능해진다.
다음으로, 도 3를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 열전달오일이 포함된 에너지 저장장치는 모듈케이스(10'), 덮개부(40), 제 1지지부(41), 2차전지셀(20'), 열전달오일(30') 및 제 2지지부(42)를 포함하여 구성되는 2차전지모듈(100')이 복수개로 연결되어 구성된다.
상기 모듈케이스(10')는 후술되어질 2차 전지셀(20)을 수용하는 케이스로써, 상기 제 1 실시예와 동일한 소재를 적용하되, 상부면이 개방되어 구성되며, 그 상부면을 덮개부(40)로 마감하게 된다.
그리고, 상기 덮개부(40)에는 제 1 지지부(41)를 매개로 복수의 2차전지셀(20')이 고정되며, 상기 덮개부(40)와 모듈케이스(10')의 결합을 통해 상기 모듈케이스(10') 내부로 수용된다.
즉, 모듈 케이스(10') 내에 미리 열전달 오일(30')을 투입하고, 상기 덮개부(40)와 모듈케이스(10')의 결합을 통해 상기 덮개부(40)에 고정된 복수의 2차전지셀(20')이 상기 열전달 오일(30')이 충전된 모듈케이스(10') 내부로 수용되도록 하며, 이때, 상기 상기 모듈케이스(10') 내부 일단에는 제 2지지부(42)가 추가로 구비되어 상기 2차전지셀(20')을 견고히 수용하게 된다.
이때, 상기 모듈케이스(10')의 소재, 2차전지셀(20)의 종류나 열전달 오일(30)의 종류 및 물성 등은 상기 제 1 실시예와 동일하므로 그 상세한 설명은 생략한다.
따라서, 상기 제 2 실시예에 따른 에너지 저장장치는 제 1 실시예에 비하여 생산성 향상과 공정을 줄일 수 있으며, 각 전지에 문제가 발생할 경우, 상기 덮개부(40)를 탈거하여 2차전지셀(20)을 교체할 수 있다는 장점이 있다.
다음으로, 도 4를 참조하면, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 열전달오일이 포함된 에너지 저장장치는 모듈케이스(10''), 2차전지셀(20''), 열전달 오일(30''), 지지부(11'), 오일 투입구(12'), 공기 배출구(13') 및 가열수단(14)을 포함하여 구성되는 2차전지모듈(100'')이 복수개로 연결되어 구성된다.
여기서, 상기 모듈케이스(10''), 2차전지셀(20''), 열전달 오일(30''), 지지부(11'), 오일 투입구(12'), 공기 배출구(13')는 도 2에 따른 본 발명의 제 1 실시예와 동일한 구조, 소재 및 종류 등을 가지므로 그 상세한 설명은 생략한다.
상기 가열수단(14)은, 극저온에서도 초기부터 최적의 성능을 유지할 수 있도록 하기 위한 수단으로써, 제 3 실시예에 따른 열전달오일이 포함된 에너지 저장장치의 경우 극지방에 적용하기에 적합하며, 상기 가열수단(14)은 통상의 열선 코일 등을 적용할 수 있고, 후술되어질 온도센서(S)와 연동하여 모듈케이스(10'')의 내부 온도가 20 ~ 40℃로 유지될 수 있도록 작동한다.
즉, 상기 모듈케이스(10, 10', 10'')의 내·외부 일단에는 복수의 온도센서(S)가 각각 구비되어 모듈케이스(10, 10', 10'') 및 2차전지셀(20a)의 온도를 실시간으로 파악함으로써, 더욱 효율적으로 열의 평형을 통해 열적 안정성을 확보할 수 있으며, 열적특성을 균일하게 유지시킬 수 있게 된다.
도 6은 열전달 오일 사용시 각 부위별/시간별 열안정성을 나타낸 그래프로써, 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 열전달오일이 포함된 에너지 저장장치의 2차전지모듈에 대해 각 부위별(상부(A), 중간부(B), 하부(C))/시간별로 온도를 측정한 결과, 시간이 지남에 따라 각 부위의 열이 1도 내외로 균일하게 이루어지는 것을 볼 수 있으며, 이로 인해 본 발명은 열적 안정성 및 균일성과, 열 전달성능이 우수함을 알 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
본 발명은 복수의 2차전지셀 및 이를 수용하는 모듈케이스로 이루어지는 2차전지모듈이 복수개로 연결되어 구성되는 에너지 저장장치에 있어서,
상기 모듈케이스 내부에 열전달 오일이 채워지는 것을 특징으로 하는 열전달오일이 포함된 에너지 저장장치를 발명의 실시를 위한 형태로 한다.
한편, 본 발명은 제 1 실시예로써 상기 2차전지모듈이, 모듈케이스; 상기 모듈케이스에 수용되는 2차전지셀; 상기 모듈케이스 내부에 채워지는 열전달 오일; 상기 모듈케이스 내부 일단에 고정되어 상기 2차전지셀을 지지하는 지지부; 상기 모듈케이스의 상측 일단에 구성되는 오일 투입구; 및 상기 모듈케이스의 상측 일단에 구성되는 공기 배출구;를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 본 발명은 제 2 실시예로써 상기 2차전지모듈이, 상부면이 개방된 모듈케이스; 상기 모듈케이스의 상부면을 마감하는 덮개부; 상기 덮개부의 일단에 고정되는 제 1지지부; 상기 제 1 지지부를 매개로 상기 덮개부에 지지되며, 상기 덮개부와 모듈케이스의 결합을 통해 상기 모듈케이스 내부로 수용되는 복수의 2차전지셀; 상기 모듈케이스 내부에 채워지는 열전달오일; 및 상기 모듈케이스 내부 일단에 고정되어 상기 2차전지셀을 지지하는 제 2지지부;를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 본 발명은 제 3 실시예로써 상기 2차전지모듈이, 모듈케이스; 상기 모듈케이스에 수용되는 복수의 2차전지셀; 상기 모듈케이스 내부에 채워지는 열전달 오일; 상기 모듈케이스 내부 일단에 고정되어 상기 2차전지셀을 지지하는 지지부; 상기 모듈케이스의 상측 일단에 구성되는 오일 투입구; 상기 모듈케이스의 상측 일단에 구성되는 공기 배출구; 및 상기 모듈케이스 내부 일단에 구성되는 가열수단;을 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 상기 2차전지모듈의 모듈케이스 내·외부 일단에 온도센서가 각각 구비될 수 있다.
그리고, 상기 2차전지셀은, 리튬이온전지, 리튬이온폴리머전지, 리툼공기전지, ALB(Advanced Lithium-ion Battery), 연축전지, 니켈카드늄전지, 니켈수소전지, 나트륨황전지, 나트륨아연전지, NCA (니켈-코발트-알루미늄) 전지, NCM (니켈-코발트-망간)전지 및 리튬공기전지 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 모듈케이스는, 제 1 PET층; 제 1 접착층을 매개로 상기 제 1 PET층의 상부면에 형성되는 방열소재층; 상기 방열소재층의 상부면에 형성되는 알루미늄층; 및 제 2 접착층을 매개로 상기 알루미늄층의 상부면에 형성되는 제 2 PET층;으로 외벽이 구성될 수 있다.
본 발명은 열전달오일을 통해 열전달을 함으로써, 2차전지모듈의 열적 균형을 이루어 2차전지모듈의 수명감소를 최소화하며, 충전 및 방전의 성능을 개선시키고, 폭발의 위험성을 줄일 뿐만 외부로 열을 빠르게 방출시키는 효과가 있고, 뿐만 아니라 본 발명은 열전달오일을 내부에 가득 채움으로써, 방습 및 방청의 효과가 있으며, 또한 본 발명은 내부에 가열수단을 구비함으로써, 극저온에서도 초기부터 최적의 성능을 유지하는 효과가 있다는 점에서 산업상 널리 이용될 것으로 기대된다.

Claims (7)

  1. 복수의 2차전지셀 및 이를 수용하는 모듈케이스로 이루어지는 2차전지모듈이 복수개로 연결되어 구성되는 에너지 저장장치에 있어서,
    상기 모듈케이스 내부에 열전달 오일이 채워지는 것을 특징으로 하는 열전달오일이 포함된 에너지 저장장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 2차전지모듈은,
    모듈케이스;
    상기 모듈케이스에 수용되는 2차전지셀;
    상기 모듈케이스 내부에 채워지는 열전달 오일;
    상기 모듈케이스 내부 일단에 고정되어 상기 2차전지셀을 지지하는 지지부;
    상기 모듈케이스의 상측 일단에 구성되는 오일 투입구; 및
    상기 모듈케이스의 상측 일단에 구성되는 공기 배출구;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 열전달오일이 포함된 에너지 저장장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 2차전지모듈은,
    상부면이 개방된 모듈케이스;
    상기 모듈케이스의 상부면을 마감하는 덮개부;
    상기 덮개부의 일단에 고정되는 제 1지지부;
    상기 제 1 지지부를 매개로 상기 덮개부에 지지되며, 상기 덮개부와 모듈케이스의 결합을 통해 상기 모듈케이스 내부로 수용되는 복수의 2차전지셀;
    상기 모듈케이스 내부에 채워지는 열전달오일; 및
    상기 모듈케이스 내부 일단에 고정되어 상기 2차전지셀을 지지하는 제 2지지부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 열전달오일이 포함된 에너지 저장장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 2차전지모듈은,
    모듈케이스;
    상기 모듈케이스에 수용되는 복수의 2차전지셀;
    상기 모듈케이스 내부에 채워지는 열전달 오일;
    상기 모듈케이스 내부 일단에 고정되어 상기 2차전지셀을 지지하는 지지부;
    상기 모듈케이스의 상측 일단에 구성되는 오일 투입구;
    상기 모듈케이스의 상측 일단에 구성되는 공기 배출구; 및
    상기 모듈케이스 내부 일단에 구성되는 가열수단;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 열전달오일이 포함된 에너지 저장장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 따른 열전달오일이 포함된 에너지 저장장치는,
    상기 2차전지모듈의 모듈케이스 내·외부 일단에 온도센서가 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 열전달오일이 포함된 에너지 저장장치.
  6. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 2차전지셀은,
    리튬이온전지, 리튬이온폴리머전지, 리툼공기전지, ALB(Advanced Lithium-ion Battery), 연축전지, 니켈카드늄전지, 니켈수소전지, 나트륨황전지, 나트륨아연전지, NCA (니켈-코발트-알루미늄) 전지, NCM (니켈-코발트-망간)전지 및 리튬공기전지 중 어느 하나로 이루지는 것을 특징으로 열전달오일이 포함된 에너지 저장장치.
  7. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모듈케이스는,
    제 1 PET층;
    제 1 접착층을 매개로 상기 제 1 PET층의 상부면에 형성되는 방열소재층;
    상기 방열소재층의 상부면에 형성되는 알루미늄층; 및
    제 2 접착층을 매개로 상기 알루미늄층의 상부면에 형성되는 제 2 PET층;으로 외벽이 구성되는 것을 특징으로 하는 열전달오일이 포함된 에너지 저장장치.
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