WO2020060210A1 - 배터리 팩 냉각장치를 구비한 에너지 저장장치 - Google Patents

배터리 팩 냉각장치를 구비한 에너지 저장장치 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an energy storage device equipped with a battery pack cooling device for cooling to maintain the temperature of the battery pack at an appropriate temperature.
  • an energy storage system is a spare power device that stores energy to use electricity stored at a time when the electricity bill is low, for use at peak times, or supplies power when an abrupt power failure occurs.
  • the Internet Data Center (IDC: Internet Date Center) is a facility that operates and acts as an Internet business by taking over a server from a company that conducts e-commerce, so it must have an Internet access environment that operates 24 hours a day.
  • An energy storage device that can be used is essential.
  • An object of the present invention is to improve the cooling performance by forcing the internal air of the housing in which the battery pack is embedded to forcibly cool the battery pack, and to provide energy with a battery pack cooling device that uniformly cools a plurality of batteries in the housing. It is to provide a storage device.
  • Another object of the present invention is to provide an energy storage device having a battery pack cooling device that can be equipped with a Peltier element to improve cooling performance.
  • Another object of the present invention is to provide an energy storage device having a battery pack cooling device in which the cooling device can be miniaturized and the cooling device is integrally formed by using a Peltier element.
  • Another object of the present invention is to provide an energy storage device having a battery pack cooling device capable of preventing foreign matter from entering the housing because only the air inside the battery pack is circulated and cooled without inflow of external air.
  • the battery pack is embedded in a housing having an opening, and a cooling device is sealably mounted on an open side of the housing to directly cool the battery pack by circulating the air inside the housing. .
  • An insulating material is mounted on the inner surface of the housing to prevent heat exchange between the inside air and the housing circulating inside the housing.
  • the battery pack includes a plurality of batteries arranged at a predetermined gap inside the housing, and a power connection device to which a plurality of batteries and power are connected, and can be used as a circulation passage through which cooled air is circulated between the batteries. .
  • the cooling device is fixed to the opening of the housing, the heat absorbing portion is disposed toward the inside of the housing, and the heat generating portion is disposed toward the outside of the housing, and the first Peltier element disposed in the heat absorbing portion of the Peltier element circulating the cooled internal air A cooling fan and a second cooling fan disposed on the heating part of the Peltier element to circulate outside air to cool the heating part.
  • a heat insulating member is mounted between the edge of the Peltier element and the inner surface of the housing to prevent heat generated from the heat generating portion of the Peltier element from being transferred to the heat absorbing portion.
  • a first heat sink may be disposed on the heat absorbing portion of the Peltier element, and a second heat sink may be disposed on the heat generating portion.
  • a cooling device is sealingly mounted to the opening of the housing to forcibly circulate the air inside the housing in which the battery pack is embedded to directly cool the battery pack to improve cooling performance.
  • the plurality of batteries are uniformly cooled.
  • the cooling device is provided with a Peltier element to cool the air inside the housing, thereby improving the cooling performance.
  • the opening of the housing is sealed by the cooling device, only the inside air of the battery pack is circulated and cooled without inflow of external air, so that foreign matter can be prevented from entering the housing.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of an energy storage device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of an energy storage device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of an energy storage device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a cooling device according to an embodiment of the present invention.
  • the energy storage device of the present invention includes a housing 10, a battery pack 20 embedded in the housing 10, and a battery pack 20 installed in the housing 10 to cool the battery pack 20. Cooling device 30 may be included.
  • the housing 10 may include an upper housing 12 having a predetermined length and having a battery pack 20 therein, and a lower housing 14 that is sealably mounted on a lower surface of the upper housing 12.
  • the housing 10 may be formed in various shapes such as a square bar shape, a cylindrical shape, and a polygonal bar shape.
  • the housing 10 may be formed of a metal material and have a strength capable of sufficiently protecting the battery pack 20 embedded therein.
  • the battery pack 20 is made up of a plurality of batteries 22 and is built in the housing 10, and the plurality of batteries 22 are connected to an external power source to connect to a power supply that performs charging and discharging of the battery 22. Can be connected.
  • the plurality of batteries 22 may be arranged with a certain gap therebetween, and the space between the batteries 22 may be an air circulation passage 24 through which air cooled by the cooling device 30 passes.
  • a cooling device 30 is mounted to seal the interior of the housing 10, and the interior of the housing 10 is sealed to block external air from entering. As such, the cooling device 30 is sealingly mounted to the opening 16 of the housing 10 to block contamination of the battery pack 20.
  • a heat insulating material 40 is attached to the inner surface of the housing 10 to prevent heat loss due to heat exchange between the housing 10 made of metal and the internal air. That is, since the housing 10 is formed of a metal material, heat loss may occur due to heat exchange with the housing 10 when the cooled internal air circulates inside the housing 10.
  • the housing 10 is provided with an insulating material 40. ) To prevent heat loss.
  • the heat insulating material 40 is attached to the first insulating material 42 attached to the inner surface of the first housing 12, the second insulating material 44 attached to the inner surface of the second housing 14, and the rear surface of the housing 10. It may include a third insulating material 46 to be attached.
  • the cooling device 30 includes a Peltier element 32 and a Peltier element 32 in which the heat absorbing portion faces the interior of the housing 10 and the heat generating portion faces the exterior of the housing 10.
  • the first heat sink 34 disposed in the heat absorbing portion and the first heat sink 34 are disposed in the housing 10 to circulate the air inside the housing 10 between the first heat sink 34 and the plurality of batteries 22
  • the first cooling fan 54, the second heat sink disposed in the heat generating part of the Peltier element 32, and the heat generated in the heat generating part are disposed in the second heat sink 36 to exchange heat with external air for cooling. It may include a second cooling fan 52.
  • a heat insulating member that blocks heat generated from the heat generating portion of the Peltier element 32 from being transferred to the heat absorbing portion and seals between the heat absorbing portion and the heat generating portion 56 may be mounted.
  • the heat insulating member 56 is completely sealed between the heat generating part and the heat absorbing part to prevent heat generated in the heat generating part from entering the heat absorbing part and to prevent internal condensation due to a temperature difference between the heat absorbing part and the heat generating part.
  • a battery pack built into an energy storage system uses a lithium ion battery and has the longest life when maintaining at 20 ⁇ 25 °C due to the characteristics of the lithium ion battery. Therefore, the energy storage device must always maintain a constant temperature.
  • the control unit may operate the Peltier element 32, the first cooling fan 54, and the second cooling fan 52.
  • the first cooling fan 54 When the first cooling fan 54 is operated, the air inside the housing 10 is circulated in the direction of arrow A. That is, the internal air of the housing 10 is cooled while passing through the first heat sink 34 and directly cools the plurality of batteries 22 while passing through the air circulation passage 24 between the plurality of batteries 22. In this way, the internal air of the housing 10 is circulated and the battery 22 is directly cooled while passing between the batteries 22 to improve cooling performance and the plurality of batteries 22 can be uniformly cooled as a whole.
  • the heat generated from the heat generating portion of the Peltier element 32 is operated by the second cooling fan 52 to exchange heat between external air and the second heat sink 36 to cool the heat generating portion of the Peltier element 32.
  • heat generated in the heat generation portion of the Peltier element 32 may be prevented from being transferred to the heat absorbing portion by the heat insulating member 56 mounted on the outer surface of the Peltier element 32.
  • the present invention is a preliminary power device that stores energy to use electricity stored at a time when the electricity bill is low, or supplies power when a sudden power failure occurs. It is an energy storage system (ESS) in which the battery is stably charged and discharged.
  • ESS energy storage system

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Abstract

본 에너지 저장장치는 개구부를 갖는 하우징과, 상기 하우징에 내장되는 배터리 팩과, 상기 하우징의 개방된 일측에 밀봉 가능하게 장착되는 냉각장치를 포함하고, 상기 냉각장치는 하우징 내부 공기를 순환시켜 배터리 팩을 직접 냉각하여 냉각성능을 향상시킬 수 있다.

Description

배터리 팩 냉각장치를 구비한 에너지 저장장치
본 발명은 배터리 팩의 온도를 적정 온도로 유지할 수 있도록 냉각하는 배터리팩 냉각장치가 구비된 에너지 저장장치에 관한 것이다.
일반적으로 에너지 저장장치(ESS: Energy Storage System)는 전기 요금이 싼 시간에 저장한 전기를 피크타임에 사용하기 위해 에너지를 저장하거나, 급작스런 정전이 발생될 경우 전원을 공급하는 예비 전력장치이다.
특히, 인터넷 데이터 센터(IDC: Internet Date Center)는 전자 상거래를 행하는 기업으로부터 서버를 맡아서 인터넷 사업을 운용 및 대행하는 시설로서, 24시간 가동되는 인터넷 접속환경을 가져야되므로 외부 전원 차단시 비상전원으로 사용할 수 있는 에너지 저장장치가 필수적으로 필요하다.
기존의 에너지 저장장치는 공개특허공보 10-2016-0023473(2016년 03월03일)에 개시된 바와 같이, 울트라 캐패시터가 수용되는 케이스 내부에 방열통로가 형성되고 팬이 구비되어 울트라 캐패시터의 충방전시 발생되는 열을 방열한다.
하지만, 종래의 에너지 저장장치는 케이스에 방열통로가 형성되므로 울트라 캐패시터의 방열이 케이스와의 열교환에 의해 간접적으로 이루어지므로 방열성능이 저하되는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 배터리 팩이 내장된 하우징 내부공기를 강제 순환시켜 배터리 팩을 직접 냉각하여 냉각성능을 향상시키고, 하우징에 내장된 복수의 배터리에 균일하게 냉각이 이루어지는 배터리 팩 냉각장치를 구비한 에너지 저장장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 펠티어 소자가 구비되어 냉각성능을 향상시킬 수 있는 배터리 팩 냉각장치를 구비한 에너지 저장장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 펠티어 소자를 이용함으로써, 냉각장치를 소형화할 수 있고, 냉각장치가 일체로 형성되는 배터리 팩 냉각장치를 구비한 에너지 저장장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 외부공기의 유입 없이 배터리 팩 내부공기만 순환시켜 냉각하므로 하우징 내부로 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있는 배터리 팩 냉각장치를 구비한 에너지 저장장치를 제공하는 것이다.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 개구부를 갖는 하우징에 배터리 팩이 내장되고, 하우징의 개방된 일측에 냉각장치가 밀봉 가능하게 장착되어 하우징 내부공기를 순환시켜 배터리 팩을 직접 냉각할 수 있다.
상기 하우징의 내면에는 단열재가 장착되어 하우징 내부를 순환하는 내부 공기와 하우징이 열교환되는 것을 방지할 수 있다.
상기 배터리 팩은 상기 하우징 내부에 일정 갭를 두고 배열되는 복수의 배터리와, 복수의 배터리와 전원이 연결되는 전원 연결장치를 포함하고, 상기 배터리들 사이는 냉각된 공기가 순환되는 순환 통로로 사용될 수 있다.
상기 냉각장치는 상기 하우징의 개구부에 고정되고 흡열부가 하우징 내부를 향하여 배치되고 발열부가 하우징의 외부를 향하여 배치되는 펠티어 소자와, 상기 펠티어 소자의 흡열부에 배치되어 냉각된 내부공기를 순환하는 제1냉각팬과, 상기 펠티어 소자의 발열부에 배치되어 외부공기를 순환하여 발열부를 냉각하는 제2냉각팬을 포함할 수 있다.
상기 펠티어 소자의 가장자리와 하우징의 내면 사이에는 단열부재가 장착되어 펠티어 소자의 발열부에서 발생되는 열이 흡열부로 전달되는 것을 차단할 수 있다.
상기 펠티어 소자의 흡열부에는 제1히트싱크가 배치되고, 상기 발열부에는 제2히트싱크가 배치될 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 하우징의 개구부에 냉각장치가 밀봉 가능하게 장착되어 배터리 팩이 내장된 하우징 내부공기를 강제 순환하여 배터리 팩을 직접 냉각하여 냉각성능을 향상시킨다.
또한, 복수의 배터리들 사이로 냉각된 내부공기가 순환될 수 있도록 하여 복수의 배터리들이 균일하게 냉각된다.
또한, 냉각장치에는 펠티어 소자가 구비되어 하우징 내부공기를 냉각하므로 냉각성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 하우징의 개구부가 냉각장치에 의해 밀봉되어 외부공기의 유입 없이 배터리 팩 내부공기만 순환시켜 냉각하므로 하우징 내부로 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장장치의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장장치의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각장치의 단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면 본 발명의 에너지 저장장치는 하우징(10)과, 하우징(10)에 내장되는 배터리 팩(20)과, 하우징(10)에 설치되어 배터리 팩(20)을 냉각하는 냉각장치(30)를 포함할 수 있다.
하우징(10)은 일정 길이를 갖고 내부에 배터리 팩(20)이 내장되는 상부 하우징(12)과, 상부 하우징(12)의 하면에 밀봉 가능하게 장착되는 하부 하우징(14)을 포함할 수 있다. 이러한 하우징(10)은 사각 바 형태, 원통 형태, 다각형 바 형태 등 다양한 형태로 형성될 수 있다.
하우징(10)은 금속재질로 형성되고 내장되는 배터리 팩(20)을 충분히 보호할 수 있는 강도를 가질 수 있다.
배터리 팩(20)은 복수의 배터리(22)로 구성되어 하우징(10) 내부에 내장되고 복수의 배터리(22)는 외부와 전원이 연결되어 배터리(22)의 충방전을 수행하는 전원 연결장치에 연결될 수 있다. 복수의 배터리(22)는 상호 일정 갭을 두고 배열되고 배터리(22) 사이의 공간은 냉각장치(30)에 의해 냉각된 공기가 통과하는 공기 순환통로(24)가 될 수 있다.
하우징(10)의 개구부(16)에는 냉각장치(30)가 하우징(10) 내부를 밀봉하도록 장착되어, 하우징(10)의 내부는 밀봉되어 외부 공기가 유입되는 것을 차단할 수 있다. 이와 같이, 하우징(10)의 개구부(16)에 냉각장치(30)가 밀봉 가능하게 장착되어 배터리 팩(20)이 오염되는 것을 차단할 수 있다.
하우징(10)의 내면에는 단열재(40)가 부착되어 금속재질의 하우징(10)과 내부공기가 열교환되어 열손실이 발생되는 것을 방지한다. 즉, 하우징(10)은 금속재질로 형성되므로 냉각된 내부공기가 하우징(10) 내부를 순환할 때 하우징(10)과 열교환되어 열 손실이 발생될 수 있는데 단열재(40)를 구비하여 하우징(10)에 의한 열손실을 방지할 수 있다.
단열재(40)는 제1하우징(12)의 내면에 부착되는 제1단열재(42)와, 제2하우징(14)의 내면에 부착되는 제2단열재(44)와, 하우징(10)의 후면에 부착되는 제3단열재(46)를 포함할 수 있다.
냉각장치(30)는 도 4에 도시된 바와 같이, 흡열부가 하우징(10)의 내부를 향하고 발열부가 하우징(10)의 외부를 향하도록 배치되는 펠티어 소자(32)와, 펠티어 소자(32)의 흡열부에 배치되는 제1히트 싱크(34)와, 제1히트 싱크(34)에 배치되어 하우징(10) 내부공기가 제1히트 싱크(34) 및 복수의 배터리(22) 사이를 통과하도록 순환시키는 제1냉각팬(54)과, 펠티어 소자(32)의 발열부에 배치되는 제2히트 싱크와, 제2히트 싱크(36)에 배치되어 발열부에서 발생되는 열을 외부공기와 열교환하여 냉각하는 제2냉각팬(52)을 포함할 수 있다.
펠티어 소자(32)의 외면과 하우징(10)의 내면 사이에는 펠티어 소자(32)의 발열부에서 발생되는 열이 흡열부로 전달되는 것을 차단하고 흡열부와 발열부 사이를 밀봉하는 역할을 하는 단열부재(56)가 장착될 수 있다.
단열부재(56)는 발열부와 흡열부 사이를 완전히 밀폐하여 발열부에서 발생되는 열이 흡열부로 유입되는 것을 차단함과 아울러 흡열부와 발열부 사이의 온도차로 인한 내부 결로도 방지할 수 있다.
이와 같이 구성되는 냉각장치의 작용을 다음에서 설명하기로 한다.
에너지 저장장치(ESS: Energy Storage System)에 내장되는 배터리 팩은 리튬이온 배터리가 사용되고 리튬이온 배터리의 특성상 20~25℃ 유지시 수명이 가장 길다. 따라서, 에너지 저장장치는 항상 일정한 온도를 유지해야 된다.
배터리 팩(20)의 온도가 설정온도 이상이 되면 제어부는 펠티어 소자(32), 제1냉각팬(54) 및 제2냉각팬(52)을 작동시킬 수 있다. 제1냉각팬(54)이 작동되면 하우징(10) 내부공기가 화살표 A 방향으로 순환된다. 즉, 하우징(10) 내부공기는 제1히트 싱크(34)를 통과하면서 냉각되고, 복수의 배터리(22) 사이의 공기순환통로(24)를 통과하면서 복수의 배터리(22)를 직접 냉각한다. 이와 같이, 하우징(10) 내부공기가 순환되어 배터리(22) 사이를 통과하면서 배터리(22)를 직접 냉각하여 냉각성능을 향상시키고 복수의 배터리(22)가 전체적으로 균일하게 냉각될 수 있다.
그리고, 펠티어 소자(32)의 발열부에서 발생되는 열은 제2냉각팬(52)이 작동되어 외부공기와 제2히트 싱크(36) 사이를 열교환하여 펠티어 소자(32)의 발열부를 냉각한다. 이때, 펠티어 소자(32)의 외면에 장착되는 단열부재(56)에 의해 펠티어 소자(32)의 발열부에서 발생되는 열이 흡열부로 전달되는 것을 차단할 수 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
본 발명은 전기 요금이 싼 시간에 저장한 전기를 피크타임에 사용하기 위해 에너지를 저장하거나, 급작스런 정전이 발생될 경우 전원을 공급하는 예비 전력장치로서, 배터리 온도를 일정하게 유지할 수 있어 수명을 연장하고 배터리가 안정적으로 충방전되는 에너지 저장장치(ESS: Energy Storage System)이다.

Claims (9)

  1. 개구부를 갖는 하우징;
    상기 하우징에 내장되는 배터리 팩; 및
    상기 하우징의 개방된 일측에 장착되고, 상기 하우징 내부 공기를 순환시켜 배터리 팩을 냉각하는 냉각장치를 포함하는 에너지 저장장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하우징의 내면에 장착되어 하우징 내부를 순환하는 내부 공기와 하우징이 열교환되는 것을 차단하는 단열재를 더 포함하는 에너지 저장장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 배터리 팩은
    상기 하우징 내부에 일정 갭를 두고 배열되는 복수의 배터리와, 복수의 배터리와 전원이 연결되는 전원 연결장치를 포함하고, 상기 배터리들 사이의 공간은 냉각된 공기가 순환되는 순환 통로로 사용되는 에너지 저장장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 하우징은
    금속재질로 형성되고 개구부가 냉각장치에 의해 밀봉되어 하우징 내부공기가 순환되면서 배터리를 냉각하는 에너지 저장장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 냉각장치는
    상기 하우징에 고정되고 흡열부가 하우징 내부를 향하여 배치되고 발열부가 하우징의 외부를 향하여 배치되는 펠티어 소자;
    상기 펠티어 소자의 흡열부에 배치되어 냉각된 내부공기를 순환하는 제1냉각팬; 및
    상기 펠티어 소자의 발열부에 배치되어 외부공기를 순환하여 발열부를 냉각하는 제2냉각팬을 포함하는 에너지 저장장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 펠티어 소자의 흡열부와 발열부 사이에는 흡열부와 발열부 사이를 밀봉하고 흡열부와 발열부 사이를 단열하는 단열부재가 장착되는 에너지 저장장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 단열부재는 펠티어 소자의 흡열부와 발명부 사이의 가장자리와 하우징의 내면 사이에는 장착되는 에너지 저장장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 펠티어 소자의 흡열부에는 제1히트싱크가 접촉되게 배치되고, 상기 발열부에는 제2히트싱크가 접촉되게 배치되며, 상기 제1히트싱크에는 제1냉각팬이 장착되고, 제2히트싱크에는 제2냉각팬이 장착되는 에너지 저장장치.
  9. 개구부를 갖는 하우징;
    상기 하우징에 내장되는 배터리 팩;
    상기 하우징의 내면에 부착되는 단열재; 및
    상기 하우징의 개구부에 장착되어 상기 하우징 내부를 밀봉하고 상기 하우징 내부 공기를 순환시켜 배터리 팩을 냉각하는 냉각장치를 포함하고,
    상기 냉각장치는 상기 하우징에 고정되고 흡열부가 하우징 내부를 향하여 배치되고 발열부가 하우징의 외부를 향하여 배치되는 펠티어 소자;
    상기 펠티어 소자의 흡열부에 배치되는 제1히트싱크;
    상기 펠티어 소자의 발열부에 배치되는 제2히트싱크;
    상기 제1히트싱크에 배치되어 냉각된 내부공기를 하우징 내부로 순환시키는 제1냉각팬;
    상기 제2히트싱크에 배치되어 외부공기를 순환하여 제2히트싱크를 냉각하는 제2냉각팬;
    상기 펠티어 소자의 가장자리와 하우징의 내면 사이에 설치되어 펠티어 소자의 발열부에서 발생되는 열이 흡열부로 전달되는 것을 차단하는 단열부재를 포함하는 에너지 저장장치.
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