KR102078297B1 - Battery Pack of Energy Storage System - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에너지 저장장치용 배터리 팩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 일정 간격으로 배치되는 배터리 셀 사이로 냉각매체를 통과시켜 냉각 효율을 향상시킴과 아울러 냉각매체가 통과하는 유로형성부재가 배터리 셀에 밀착되어 냉각 효율이 향상되도록 한 에너지 저장장치용 배터리 팩에 관한 것이다.The present invention relates to a battery pack for an energy storage device, and more particularly, a cooling medium is passed between battery cells arranged at regular intervals to improve cooling efficiency and the flow path forming member through which the cooling medium passes is in close contact with the battery cell. The present invention relates to a battery pack for an energy storage device for improving cooling efficiency.

Description

에너지 저장장치용 배터리 팩{Battery Pack of Energy Storage System}Battery pack for energy storage device {Battery Pack of Energy Storage System}

본 발명은 에너지 저장장치용 배터리 팩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 일정 간격으로 배치되는 배터리 셀 사이로 냉각매체를 통과시켜 냉각 효율을 향상시킴과 아울러 냉각매체가 통과하는 유로형성부재가 배터리 셀에 밀착되어 배터리의 최적 효율을 갖는 온도 범위를 관리하도록 하게 하는 에너지 저장장치용 배터리 팩에 관한 것이다.The present invention relates to a battery pack for an energy storage device, and more particularly, a cooling medium is passed between battery cells arranged at regular intervals to improve cooling efficiency and the flow path forming member through which the cooling medium passes is in close contact with the battery cell. The present invention relates to a battery pack for an energy storage device, which permits management of a temperature range having an optimum efficiency of a battery.

전기자동차는 자동차의 구동 에너지를 기존의 자동차와 같이 화석 연료의 연소로부터가 아닌 전기에너지로부터 얻는 자동차이다. 전기자동차는 배기가스가 전혀 없으며, 소음이 아주 작은 장점이 있으나, 배터리의 무거운 중량, 충전에 걸리는 시간 등의 문제 때문에 실용화되지 못하다가 최근 공해문제의 심각화, 화석 연료의 고갈 등의 문제가 제기되면서 그 개발이 다시 가속화되고 있다.An electric vehicle is a vehicle that obtains driving energy of an automobile from electric energy instead of burning fossil fuel like a conventional vehicle. Electric vehicles have no exhaust gas and have a very small noise. However, due to the heavy weight of the battery and the time required for charging, the electric vehicle has not been put to practical use. The development is accelerating again.

구체적으로, 미국의 경우 2030년까지 석유 사용량을 50%로 축소하고, 2050년까지 공해 배출을 80% 이상 축소하는 방안을 수립하여, 전기자동차의 보급에 힘쓰고 있으며, 중국의 경우에도 2014~2016년 동안 정부구매 자동차의 30% 이상을 신에너지 자동차 구매를 의무화하고 충전 인프라의 확충과 충전설비의 건설을 계획하고 있다. 또한, 독일의 경우에는 2020년까지 10만대의 전기자동차의 보급을 계획하여 구매 보조금을 지급하고 전기자동차 구매시 10년각 도로세를 면제하고 있다. 우리나라의 경우에도 2020년까지 전기자동차를 20만대 보급 및 20만대 수출을 위하여 4대 핵심추진과제로 설정하여 정책적으로 지원하고 있는 실정이다.Specifically, in the US, we are reducing the amount of oil used to 50% by 2030 and reducing pollution emissions by more than 80% by 2050, making efforts to spread electric vehicles.In China, 2014 ~ 2016 Over the past year, more than 30% of government-buried cars are required to purchase new energy vehicles, and plans to expand charging infrastructure and build charging facilities. In Germany, the government plans to distribute 100,000 electric vehicles by 2020, paying subsidies and exempting 10 years of road tax from purchasing electric vehicles. Even in Korea, the government has set up four key tasks to supply 200,000 electric vehicles and export 200,000 by 2020.

이러한 전기자동차의 기술의 주요 시스템으로는 에너지 저장 시스템, 에너지 관리 시스템 및 구동 시스템이 있으며, 에너지 저장 및 관리 시스템은 배터리 셀(Battery Cell)과, 모듈(Battery Module), 팩(Battery Pack), BMS(Battery Management System), 파워 어셈블리(Power Assembly), 냉각시스템을 포함하고 있다. BMS는 배터리 셀 사이의 전압 편차를 줄이는 셀 밸런싱(Cell Balacing) 기술과, 배터리 셀의 전압, 전류, 온도를 모니터링하여 충방전을 제어하는 보호(Protection)기술과, 배터리의 잔존 용량을 관리하는 SOC(State of Chrge) 기술, 배터리 노화 정보를 추정 및 관리하는 SOH(State of Health) 기술, 배터리의 온도를 제어하는 TMS(Thermal Management System) 기술을 포함하고 있다.The main systems of the electric vehicle technology include energy storage systems, energy management systems, and driving systems. The energy storage and management systems include battery cells, battery modules, battery packs, and BMSs. (Battery Management System), Power Assembly, Cooling System. BMS uses Cell Balacing technology to reduce the voltage variation between battery cells, Protection technology to control charging and discharging by monitoring voltage, current and temperature of battery cells, and SOC to manage the remaining capacity of battery. (State of Chrge) technology, State of Health (SOH) technology to estimate and manage battery aging information, and Thermal Management System (TMS) technology to control the temperature of the battery.

여기서, TMS는 배터리의 온도를 관리하는 시스템으로, 배터리가 최적 효율을 갖는 온도 범위로 배터리를 관리하게 된다. 통상적으로 배터리는 온도의 증가에 따라 지수적으로 열화되는 특성이 있다. 이에 따라, TMS는 공랭식 또는 수냉식 제어를 통해 배터리의 온도가 필요 이상으로 높아지는 것을 방지함과 아울러 결로가 발생하지 않도록 하고 있다. 수냉식 TMS는 공랭식 TMS에 비해 원가 비율은 높지만 효율성과 배터리 관리 시스템의 중요성 때문에 널리 이용되고 있다.Here, the TMS is a system for managing the temperature of the battery, and manages the battery in a temperature range in which the battery has an optimum efficiency. Typically, a battery has an exponential deterioration characteristic with an increase in temperature. Accordingly, the TMS prevents the temperature of the battery from becoming higher than necessary through air cooling or water cooling control and prevents condensation from occurring. Water-cooled TMS has a higher cost ratio than air-cooled TMS, but is widely used due to the importance of efficiency and battery management systems.

상기한 에너지 저장 및 관리 시스템에서는 배터리 팩의 열을 발산시키는 냉각 기능과 배터리 팩을 가열하는 열관리 기능은 매우 중요하다. 배터리 팩의 온도가 상승하면 배터리 셀에서 열화가 발생하게 되고, 특히 배터리 팩의 배터리 셀들이 불균일하게 열화하는 경우 배터리의 수명이 단축되어 전체 시스템의 수명도 단축될 수 있으며, 배터리 셀 사이의 용량 편차로 인해 정상적인 출력을 얻기가 힘들다. 그리고 배터리 팩의 온도가 너무 낮으면 배터리 팩의 출력 성능이 급격히 감소하게 된다. 따라서, 배터리 팩의 냉각능력과 온도관리 능력을 최적화하여 관리할 필요가 있다.In the energy storage and management system described above, a cooling function for dissipating heat of the battery pack and a thermal management function for heating the battery pack are very important. When the temperature of the battery pack rises, deterioration occurs in the battery cells. In particular, when the battery cells of the battery pack are unevenly deteriorated, the life of the battery may be shortened and the life of the entire system may be shortened. It is difficult to get normal output. If the temperature of the battery pack is too low, the output performance of the battery pack is drastically reduced. Therefore, it is necessary to optimize and manage the cooling capacity and temperature management ability of the battery pack.

또한, 전기자동차용 배터리에서는 자동차의 연비 및 고용량화를 위하여 무게를 줄일 필요가 있으므로 경량화하여야 하고, 배터리의 고용량화를 위해서는 모듈 크기를 최소화할 필요가 있다.In addition, in the battery for an electric vehicle, it is necessary to reduce the weight for fuel efficiency and high capacity of the vehicle, so that the weight should be reduced, and the module size needs to be minimized for the high capacity of the battery.

한편, 전기자동차용 배터리 팩에 있어서는 배터리 셀의 냉각이 더욱 중요하다. 이에 따라 배터리 셀을 효과적으로 냉각시키기 위한 다양한 방식이 연구되고 있으며, 배터리 셀의 냉각 효율을 향상시킨 다양한 형태의 전기자동차용 배터리 팩이 개발된 바 있다.Meanwhile, in battery packs for electric vehicles, cooling of battery cells is more important. Accordingly, various methods for effectively cooling the battery cells have been studied, and various types of battery packs for electric vehicles have been developed that improve the cooling efficiency of the battery cells.

종래의 전기자동차용 배터리 팩은 대부분 금속 냉각 플레이트의 양측에 각각 배터리 셀을 밀착시켜 배터리 셀이 냉각되도록 하는 방식으로 이루어져 있으며, 열전소자나 히트 파이프를 이용한 냉각방식도 있다.Conventional electric vehicle battery packs are mostly made in such a way that the battery cells are cooled by bringing the battery cells into close contact with both sides of the metal cooling plate, and there is also a cooling method using a thermoelectric element or a heat pipe.

그러나, 금속 냉각 플레이트의 양측에 배터리 셀을 밀착시킬 경우 배터리 셀에 이상이 발생할 경우 교체하기가 쉽지 않을 뿐 아니라 배터리 셀의 한쪽 면은 냉각 플레이트에 접촉되지 않게 되어 냉각 효율이 떨어지는 문제점이 있고, 열전소자나 히트 파이프를 사용하는 경우 냉각 효율은 향상되지만 제조 원가가 상승하는 문제점이 있다.However, when the battery cells are in close contact with both sides of the metal cooling plate, when an abnormality occurs in the battery cells, not only is not easy to replace, but one side of the battery cells does not come into contact with the cooling plate, which causes a problem of low cooling efficiency. When the element or the heat pipe is used, the cooling efficiency is improved, but there is a problem in that the manufacturing cost is increased.

한국 공개특허 제10-2007-0038265호Korea Patent Publication No. 10-2007-0038265 한국 공개특허 제10-2011-0133415호Korea Patent Publication No. 10-2011-0133415 한국 공개특허 제10-2011-0134960호Korean Patent Publication No. 10-2011-0134960 한국 공개특허 제10-2012-0093620호Korean Patent Publication No. 10-2012-0093620 한국 공개특허 제10-2014-0144802호Korean Patent Publication No. 10-2014-0144802 한국 공개특허 제10-2016-0144646호Korea Patent Publication No. 10-2016-0144646

따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 배터리를 구성하기 위한 복수의 배터리 셀과 냉각부재 사이의 접촉면을 증가시켜 냉각 효율을 향상시키고 배터리 셀을 착탈 가능하게 결합시킬 수 있도록 함으로써 유지 관리를 쉽게 한 에너지 저장장치용 배터리 팩을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, by increasing the contact surface between the plurality of battery cells and the cooling member for constituting the battery to improve the cooling efficiency and to detachable battery cells It is an object of the present invention to provide a battery pack for an energy storage device that is easy to maintain by being able to be combined.

그리고, 본 발명의 또다른 목적은 배터리 셀의 냉각을 위한 유로형성부재를 다양하게 구성하여 배터리 셀에 대한 냉각효율이 향상되도록 한 에너지 저장장치용 배터리 팩을 제공함에 있다.In addition, another object of the present invention is to provide a battery pack for an energy storage device to improve the cooling efficiency for the battery cell by configuring a variety of flow path forming members for cooling the battery cell.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 에너지 저장장치용 배터리 팩은, 전기자동차 또는 대체에너지의 저장을 위한 ESS(Energy stoage System) 등의 에너지 저장장치용 배터리팩에서 사용되는 배터리 팩으로서, 일정 간격을 두고 설치되어 충전 또는 방전이 이루어지는 복수 개의 배터리 셀과; 냉각매체가 유동하는 복수 개의 유로를 통해 연결되는 유입 분배관과 출구관을 구비하며 유로 사이에 배터리 셀이 결합 고정되는 하우징과; 유입 분배관에 연결 형성되는 입구측 고정부와, 출구관에 연결 형성되는 출구측 고정부와, 일측 단부는 입구측 고정부에 연결되고 타측 단부는 출구측 고정부에 연결되어 냉각매체가 유동하는 통로를 형성하는 유로형성팩을 포함하는 유로형성부재;를 포함하되, 유로형성팩은 냉각매체의 공급 여부에 따라 신축되도록 하우징의 유로에 배터리 셀과 이격 설치됨에 따라, 냉각매체가 공급되지 않은 상태에서는 배터리 셀과 이격 상태를 유지하고, 냉각매체가 공급되는 상태에서는 그 공급압력에 의해 팽창되어 배터리 셀에 면접촉 상태로 밀착되는 것을 특징으로 한다. The battery pack for the energy storage device according to the present invention for achieving the above object is a battery pack used in the battery pack for energy storage devices, such as an electric vehicle or an energy stoage system (ESS) for storage of alternative energy, A plurality of battery cells installed at intervals to charge or discharge the battery; A housing having an inlet distribution pipe and an outlet pipe connected through a plurality of flow paths through which a cooling medium flows, and a battery cell coupled and fixed between the flow paths; The inlet side fixing portion connected to the inlet distribution pipe, the outlet side fixing portion formed to be connected to the outlet pipe, one end is connected to the inlet side fixing portion and the other end is connected to the outlet side fixing portion that the cooling medium flows And a flow path forming member including a flow path forming pack forming a passage, wherein the flow path forming pack is spaced apart from the battery cell in the flow path of the housing so as to be stretched according to the supply of the cooling medium. In this case, the battery cell is spaced apart from the battery cell, and in a state in which the cooling medium is supplied, the battery cell is expanded by the supply pressure to be in close contact with the battery cell.

또한, 배터리 셀은 이차전지, 슈퍼캐패시터, 또는 하이브리드 슈퍼캐패시터 중 어느 하나로 이루어 질 수 있다.In addition, the battery cell may be made of any one of a secondary battery, a supercapacitor, and a hybrid supercapacitor.

또한, 유로형성팩은 알루미늄 박판, 구리 박판, 합금 박판, 합성수지 박막 등으로 이루어지고, 입구측 고정부 및 출구측 고정부는 플라스틱 복합소재로 이루어질 수 있다. In addition, the flow path forming pack is made of aluminum foil, copper foil, alloy foil, synthetic resin thin film, and the like, the inlet fixing part and the outlet fixing part may be made of a plastic composite material.

그리고, 유로형성팩은 일정 간격으로 오목부 또는 엠보부가 형성되거나 내측면에 일정 간격으로 보강돌기가 형성될 수 있다.In addition, the channel forming pack may have a concave portion or an embossed portion formed at regular intervals, or a reinforcement protrusion may be formed at predetermined intervals on an inner surface thereof.

또한, 냉각매체로는 비열이 큰 물, 물과 부동액이 혼합된 자동차용 냉각수 또는 액상 암모니아가 사용될 수 있다.In addition, as a cooling medium, water having a large specific heat, automotive cooling water or liquid ammonia mixed with water and antifreeze may be used.

게다가, 입구측 고정부와 출구측 고정부는 배터리 셀이 삽입 고정되도록 능동형 클램프 구조를 가질 수 있다.In addition, the inlet fixing part and the outlet fixing part may have an active clamp structure to insert and fix the battery cell.

본 발명에 따른 에너지 저장장치용 배터리 팩은 하우징의 유입 분배관과 출구관 사이를 신축가능한 유로형성부재가 연결하여 냉각매체 공급시 유로형성부재가 팽창하면서 배터리 셀에 면접촉 형태로 밀착되므로 전열면적이 증가하여 냉각효율이 향상되고 냉각매체가 공급되지 않을 경우에는 유로형성부재가 수축되어 배터리 셀과 이격되므로 배터리 셀의 설치, 교환, 분리가 쉬워지는 효과가 있다.In the battery pack for an energy storage device according to the present invention, a flexible flow path forming member is connected between an inlet distribution pipe and an outlet pipe of a housing so that the flow path forming member expands when the cooling medium is supplied, and thus is in close contact with the battery cell in a surface contact form. When the cooling efficiency is increased and the cooling medium is not supplied, the flow path forming member is shrunk and spaced apart from the battery cell, thereby making it easy to install, replace, and detach the battery cell.

또, 배터리 셀의 양측에서 유로형성부재가 각각 밀착되어 전열면적이 대폭 증가하고 그로 인해 냉각효율이 더욱 향상된다. In addition, the flow path forming members are in close contact with each other on both sides of the battery cell, thereby significantly increasing the heat transfer area, thereby further improving the cooling efficiency.

또한, 유로형성부재가 고정부와 유로형성팩으로 구성됨에 따라 유로형성팩이 내부 압력에 의해 신축되면서 배터리 셀에 면접촉하여 배터리 셀을 냉각시키거나 배터리 셀로부터 이탈되어 배터리 셀을 쉽게 분리하거나 재설치할 수 있게 된다.In addition, as the flow path forming member is composed of a fixing part and a flow path forming pack, the flow path forming pack is stretched and contracted by internal pressure to cool the battery cell by contacting the surface of the battery cell or detached from the battery cell. You can do it.

또한, 유로형성팩이 알루미늄 박판 또는 합성수지 박막으로 형성됨에 따라 배터리 팩이 소형화 및 경량화되고, 그로 인해 전기자동차의 연비가 증가하게 되는 효과가 있다.In addition, as the flow path forming pack is formed of an aluminum thin plate or a synthetic resin thin film, the battery pack is miniaturized and lightened, thereby increasing the fuel efficiency of the electric vehicle.

또한, 유로형성팩에 오목부나 엠보부를 형성하여 전열면적을 증대시킬 수 있고, 유로형성팩의 내부에 보강돌기를 형성하여 전열면적을 줄이지 않고도 강도를 향상시킬 수 있게 된다.In addition, it is possible to increase the heat transfer area by forming a concave portion or an emboss portion in the flow path forming pack, it is possible to improve the strength without reducing the heat transfer area by forming a reinforcement projection in the interior of the flow path forming pack.

또한, 냉각매체로 비열이 큰 물 또는 물과 부동액이 혼합된 자동차용 냉각수, 액상 암모니아 등을 사용함에 따라 냉각 효율이 향상된다.In addition, the cooling efficiency is improved by using water having a large specific heat or cooling water for automobiles in which water and antifreeze are mixed, liquid ammonia, and the like as the cooling medium.

또, 유로형성부재의 입구측 고정부와 출구측 고정부를 능동형 클램핑 구조로 형성하여 배터리 셀이 삽입 고정되도록 함에 따라 별도의 배터리 셀 고정구를 설치할 필요가 없어지는 효과가 있다.In addition, since the inlet side fixing portion and the outlet side fixing portion of the flow path forming member are formed with an active clamping structure to insert and fix the battery cells, there is no need to install a separate battery cell fixture.

도 1은 본 발명에 따른 에너지 저장장치용 배터리 팩을 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 밀착부재의 작동 형태를 설명하기 위한 참고도이다.
도 3은 본 발명에 따른 밀착부재의 여러 형태를 나타낸 참고도이다.
도 4는 본 발명에 따른 에너지 저장장치용 배터리 팩을 배터리 셀의 배치형태를 나타낸 참고도이다.1 is a cross-sectional view showing a battery pack for an energy storage device according to the present invention.
Figure 2 is a reference diagram for explaining the operation form of the contact member according to the present invention.
3 is a reference diagram showing various forms of the contact member according to the present invention.
4 is a reference diagram showing an arrangement of battery cells in a battery pack for an energy storage device according to the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명에서 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 발명의 기술적 사항에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.Terms used in the present invention are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to a user's or operator's intention or custom, and thus, definitions of these terms mean that they conform to the technical matters of the present invention. It should be interpreted as and concepts.

아울러, 본 발명의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예는 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.In addition, the embodiments of the present invention are not intended to limit the scope of the present invention, but merely illustrative of the components set forth in the claims of the present invention, which are included in the technical idea throughout the specification of the present invention and Embodiments that include a substitutable component as an equivalent in the component may be included in the scope of the present invention.

그리고, 아래 실시예에서의 선택적인 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로서, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.In addition, the optional terms in the following embodiments are used to distinguish one component from another component, and the component is not limited by the terms. In the following description, detailed descriptions of related well-known techniques that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention will be omitted.

본 발명에 따른 에너지 저장장치용 배터리 팩은 도 1 내지 4에 도시된 바와 같이, 전기자동차 또는 대체에너지의 저장을 위한 ESS에서 사용되는 배터리 팩으로서, 일정 간격을 두고 설치되어 충전 또는 방전이 이루어지는 이차전지로 이루어지는 복수 개의 배터리 셀(30)과; 냉각매체가 유동하는 복수 개의 유로(13)를 통해 연결되는 유입 분배관(11)과 출구관(12)을 구비하며 유로(13) 사이에 배터리 셀(30)이 결합 고정되며 플라스틱 복합소재로 이루어지는 하우징(10)과; 냉각매체가 배터리 셀(30)에 직접 접촉되지 않도록 하우징(10)의 유로(13)에 설치되며, 냉각매체의 압력에 의해 팽창되어 배터리 셀(30)에 밀착되는 유로형성부재;를 포함하여 이루어진다.The battery pack for an energy storage device according to the present invention is a battery pack used in an ESS for storing an electric vehicle or alternative energy, as shown in FIGS. 1 to 4, and is installed at regular intervals to charge or discharge secondary batteries. A plurality of battery cells 30 formed of a battery; The inlet distribution pipe 11 and the outlet pipe 12 are connected through a plurality of flow paths 13 through which the cooling medium flows, and the battery cells 30 are fixedly coupled between the flow paths 13 and are made of a plastic composite material. A housing 10; And a flow path forming member installed in the flow path 13 of the housing 10 so that the cooling medium does not directly contact the battery cell 30, and is expanded by the pressure of the cooling medium to be in close contact with the battery cell 30. .

이에 따라, 배터리 셀(30)이 작동할 때 하우징(10)의 유입 분배관(11)으로 냉각매체를 공급하면, 냉각매체가 유입 분배관(11)에서 분배되어 유로(13)에 구비된 유로형성부재를 통해 출구관(12)으로 유동한 후 출구관을 통해 하우징(10)의 외부로 빠져나가게 된다. 그리고, 유로형성부재가 팽창하여 배터리 셀(30)에 밀착됨으로써 유로형성부재를 통과하는 냉각매체와 배터리 셀(30) 사이의 열교환이 이루어지게 되고, 그로 인해 배터리 셀(30)이 냉각되어 배터리 셀(30)의 열화가 방지된다.Accordingly, when the cooling medium is supplied to the inflow distribution pipe 11 of the housing 10 when the battery cell 30 operates, the cooling medium is distributed in the inflow distribution pipe 11 to provide a flow path provided in the flow path 13. After flowing to the outlet tube 12 through the forming member is to exit to the outside of the housing 10 through the outlet tube. In addition, the flow path forming member expands to be in close contact with the battery cell 30, so that heat exchange between the cooling medium passing through the flow path forming member and the battery cell 30 is performed, whereby the battery cell 30 is cooled to cool the battery cell. Deterioration of the 30 is prevented.

이러한 구조는 상기한 배터리 셀(30) 외에 IGBT(Insulated Gate Bipolar mode Transistor) 모듈 또는 파워 서플라이(Power Supply) 등의 자동차용 전력공급장치에도 적용이 가능하다.Such a structure can be applied to an automotive power supply device such as an IGBT module or a power supply in addition to the battery cell 30 described above.

그리고, 유로형성부재는 유입 분배관(11)에 연결 형성되는 입구측 고정부(21)와, 출구관(12)에 연결 형성되는 출구측 고정부(22)와, 일측 단부는 입구측 고정부(21)에 연결되고 타측 단부는 출구측 고정부(22)에 연결되어 냉각매체가 유동하는 통로를 형성하며 냉각매체의 압력에 의해 신축되는 유로형성팩(20)을 포함한다. 즉, 냉각매체가 하우징(10)의 유입 분배관(11)에서 출구관(12)으로 유동하는 과정에서 유로형성팩(20)이 냉각매체에 의해 팽창하여 배터리 셀(30)에 면접촉 방식으로 밀착되고, 하나의 배터리 셀(30)에 대하여 양측에서 유로형성팩(20)이 각각 밀착되므로 전열면적이 대폭 증가하여 냉각 효율이 향상되는 것이다.The flow path forming member includes an inlet fixing part 21 connected to the inlet distribution pipe 11, an outlet fixing part 22 connected to the outlet pipe 12, and an end of the inlet fixing part. It is connected to the 21 and the other end is connected to the outlet side fixing portion 22 to form a passage for the cooling medium flows and includes a flow path forming pack 20 that is stretched by the pressure of the cooling medium. That is, in the process in which the cooling medium flows from the inlet distribution pipe 11 of the housing 10 to the outlet pipe 12, the flow path forming pack 20 is expanded by the cooling medium to be in surface contact with the battery cell 30. Since the flow path forming packs 20 are in close contact with each other with respect to one battery cell 30, the heat transfer area is greatly increased, thereby improving cooling efficiency.

즉, 유로형성팩(20)은 냉각매체의 공급 여부에 따라 신축되도록 하우징의 유로(13)에 배터리 셀(30)과 이격 설치됨에 따라, 냉각매체가 공급되지 않은 상태에서는 배터리 셀과 이격 상태를 유지하고, 냉각매체가 공급되는 상태에서는 그 공급압력에 의해 팽창되어 배터리 셀에 면접촉 상태로 밀착된다.That is, the flow path forming pack 20 is spaced apart from the battery cell 30 in the flow path 13 of the housing so as to be stretched according to whether the cooling medium is supplied, so that the flow path forming pack 20 is spaced apart from the battery cell when the cooling medium is not supplied. In the state in which the cooling medium is supplied, it is expanded by the supply pressure and is in close contact with the battery cell in surface contact state.

또한, 유로형성팩(20)은 알루미늄 박판, 구리 박판, 합금 박판, 합성수지 박막 등으로 이루어지고, 입구측 고정부(21) 및 출구측 고정부(22)는 하우징(10)과 마찬가지로 플라스틱 복합소재로 이루어지는 것이 바람직하다. 이에 따라, 입구측 고정부(21) 및 출구측 고정부(22)는 냉각매체의 공급 여부에 관계없이 그 부피가 일정하지만, 유로형성팩(20)은 냉각매체가 공급될 때 냉각매체의 압력에 의해 팽창하여 배터리 셀(30)에 면접촉하게 된다. 물론, 냉각매체가 공급되지 않을 경우에는 유로형성팩(20)이 수축하여 배터리 셀(30)로부터 이탈하게 되므로, 배터리 셀(30)을 자유롭게 설치하거나 분리할 수 있게 된다. In addition, the flow path forming pack 20 is made of aluminum thin plate, copper thin plate, alloy thin plate, synthetic resin thin film, and the like, and the inlet side fixing portion 21 and the outlet side fixing portion 22 are similar to the housing 10 of the plastic composite material. It is preferable that it consists of. Accordingly, the inlet fixing part 21 and the outlet fixing part 22 have a constant volume regardless of whether or not the cooling medium is supplied, but the flow path forming pack 20 has a pressure of the cooling medium when the cooling medium is supplied. It expands by and comes into surface contact with the battery cell 30. Of course, when the cooling medium is not supplied, since the flow path forming pack 20 contracts and is separated from the battery cell 30, the battery cell 30 can be freely installed or detached.

그리고, 유로형성팩(20)은 평평하게 형성될 수도 있지만, 도 3의 (b)와 같이 일정 간격으로 오목부(23)가 형성될 수도 있고, 도 3의 (c)와 같이 일정 간격으로 엠보부(24)가 형성될 수도 있으며, 도 3의 (d)와 같이 유로형성팩(20)의 내측면에 일정 간격으로 보강돌기(25)가 형성될 수 있다. 유로형성팩(20)에 오목부(23)나 엠보부(24)가 형성될 경우 유로형성팩(20)에 압력이 작용할 때 오목부(23) 또는 엠보부(24)가 팽창하여 배터리 셀(30)에 밀착되므로, 배터리 셀(30)과의 접촉면적이 더욱 증가하여 냉각 효율이 향상된다. 그리고, 유로형성팩(20)의 내측면에 보강돌기(25)가 형성되면 박막 형태로 이루어진 유로형성팩(20)의 강도가 증가하여 내구성이 향상된다. In addition, although the flow path forming pack 20 may be formed flat, concave portions 23 may be formed at regular intervals as shown in FIG. 3B, and embossed at regular intervals as shown in FIG. 3C. The part 24 may be formed, and as shown in FIG. 3D, the reinforcement protrusions 25 may be formed at predetermined intervals on the inner surface of the flow path forming pack 20. When the concave portion 23 or the embossed portion 24 is formed in the flow path forming pack 20, when the pressure is applied to the flow path forming pack 20, the concave portion 23 or the embossed portion 24 expands and the battery cell ( 30, the contact area with the battery cell 30 is further increased to improve the cooling efficiency. In addition, when the reinforcing protrusions 25 are formed on the inner surface of the flow path forming pack 20, the strength of the flow path forming pack 20 formed in a thin film form is increased to improve durability.

또한, 냉각매체로는 상대적으로 비열이 높은 물이나, 물과 부동액이 혼합된 자동차용 냉각수 또는 액상 암모니아가 사용될 수 있다. 물과 암모니아는 비열이 매우 높은 물질로서 냉각재로서의 효용성이 매우 높으며, 물과 부동액이 혼합된 자동차용 냉각수는 영하의 온도에서 냉각매체의 동결을 방지하는 역할을 한다. 물론, 물이나 암모니아에 비해 비열이 더 높은 물질도 많이 있지만, 이들은 대부분 기체 상태로 존재하고 기체 상태의 냉각매체를 사용할 경우 유로형성팩(20)에 작용하는 압력이 과다하게 상승할 수 있다. 따라서, 기체 상태의 냉각매체가 아닌 액체 상태의 냉각매체를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 물과 혼합되어 자동차용 냉각수를 구성하는 부동액으로는 PG(Propylene Glycol, 프로필렌글리콜) 또는 EG(Ethylene Glycol, 에틸렌글리콜)이 사용될 수 있다.In addition, as the cooling medium, water having a relatively high specific heat, automotive cooling water or liquid ammonia mixed with water and antifreeze may be used. Water and ammonia are very high in specific heat, and their utility as a coolant is very high, and automotive cooling water mixed with water and antifreeze serves to prevent freezing of the cooling medium at sub-zero temperatures. Of course, there are many materials having higher specific heat than water or ammonia, but most of them exist in a gaseous state and when the gaseous cooling medium is used, the pressure applied to the flow path forming pack 20 may be excessively increased. Therefore, it is preferable to use a liquid cooling medium rather than a gaseous cooling medium. In addition, PG (Propylene Glycol, propylene glycol) or EG (Ethylene Glycol, ethylene glycol) may be used as an antifreeze mixed with water to form a vehicle cooling water.

그리고, 유로형성부재를 구성하는 입구측 고정부(21)와 출구측 고정부(22)는 배터리 셀(30)이 슬라이딩 방식으로 삽입되어 고정되도록 능동형 클램프 구조를 갖는 것이 바람직하다. 즉, 배터리 셀(30)을 하우징(10)에 삽입하였을 때 입구측 고정부(21)와 출구측 고정부(22)가 탄성 변형되어 배터리 셀(30)을 고정하도록 구성되고, 배터리 셀(30)을 분리하는 경우에도 입구측 고정부(21)와 출구측 고정부(22)가 탄성 변형되어 배터리 셀(30)이 쉽게 분리될 수 있도록 하는 것이다.In addition, the inlet fixing part 21 and the outlet fixing part 22 constituting the flow path forming member preferably have an active clamp structure so that the battery cell 30 is inserted and fixed in a sliding manner. That is, when the battery cell 30 is inserted into the housing 10, the inlet side fixing portion 21 and the outlet side fixing portion 22 are elastically deformed to fix the battery cell 30, and the battery cell 30 In the case of separating), the inlet fixing part 21 and the outlet fixing part 22 are elastically deformed so that the battery cell 30 can be easily separated.

또한, 하우징(10)에 배터리 셀(30)을 설치할 때에는 배터리 셀(30)이 슬라이딩 방식으로 결합될 수만 있다면 어떠한 구조라도 무방하다. 즉, 도 4의 (a)와 같이 하우징(10)을 수직면을 따라 1개씩 설치할 수도 있고, 도 4의 (b)와 같이 하우징(10)을 상하로 분할하여 상측과 하측에 각각 1개씩 설치할 수도 있으며, 도 4의 (c)와 같이 하우징(10)을 복수의 구역으로 분할하여 소형의 배터리 셀(30)을 다수개 설치할 수도 있다. In addition, when installing the battery cell 30 in the housing 10, any structure as long as the battery cell 30 can be coupled in a sliding manner. That is, as shown in (a) of FIG. 4, one housing 10 may be installed along a vertical plane, or as shown in FIG. 4 (b), the housing 10 may be divided up and down and installed one at an upper side and a lower side, respectively. In addition, as shown in FIG. 4C, the housing 10 may be divided into a plurality of zones to install a plurality of small battery cells 30.

이상과 같은 본 발명에 따른 에너지 저장장치용 배터리 팩에서 배터리 셀의 냉각에 대하여 설명하면 다음과 같다.The cooling of the battery cell in the battery pack for an energy storage device according to the present invention as described above is as follows.

복수개의 배터리 셀(30)을 하우징(10)에 슬라이딩 방식으로 삽입하여, 유입 분배관(11) 및 출구관(12)에 각각 연결 형성된 입구측 고정부(21)와 출구측 고정부(22)에 의해 배터리 셀(30)이 고정되도록 한다. 이후, 전기자동차를 시동하게 되면 배터리 셀(30)에서 전기가 방전되고, 방전된 전기에 의해 전기자동차가 작동하게 된다. 이때, 배터리 셀(30)에서는 열이 발생하고 이 열에 의해 배터리 셀(30)이 열화되므로, 하우징(10)으로 물 등의 냉각매체를 공급하여 배터리 셀(30)을 냉각시켜야 한다.A plurality of battery cells 30 are inserted into the housing 10 in a sliding manner, and the inlet fixing part 21 and the outlet fixing part 22 connected to the inlet distribution pipe 11 and the outlet pipe 12, respectively, are formed. By this, the battery cell 30 is fixed. Subsequently, when the electric vehicle is started, electricity is discharged from the battery cell 30, and the electric vehicle is operated by the discharged electricity. At this time, since heat is generated in the battery cell 30 and the battery cell 30 is deteriorated by the heat, the battery cell 30 must be cooled by supplying a cooling medium such as water to the housing 10.

하우징(10)에 공급된 냉각매체는 유입 분배관(11)에서 분배되어 유로형성팩(20)을 통해 출구관(12)으로 유동한 후 하우징(10)의 외부로 배출된다. 이때, 유로형성팩(20)으로 유입된 냉각매체의 압력에 의해 유로형성팩(20)이 팽창하게 되고, 팽창된 유로형성팩(20)이 배터리 셀(30)에 밀착되어 배터리 셀(30)을 냉각시키게 된다.The cooling medium supplied to the housing 10 is distributed in the inlet distribution pipe 11 and flows to the outlet pipe 12 through the flow path formation pack 20 and then is discharged to the outside of the housing 10. At this time, the flow path forming pack 20 is expanded by the pressure of the cooling medium introduced into the flow path forming pack 20, and the expanded flow path forming pack 20 is in close contact with the battery cell 30 to close the battery cell 30. To cool.

이상에서는 이차전지로 이루어진 배터리 셀의 냉각에 대하여 설명하였으나, 이외에도 배터리셀은 슈퍼캐패시터 및 IGBT 소자와 같이 발열이 일어나는 전자부품을 포함하는 각종 부품에도 적용이 가능하며, 이차전지와 슈퍼캐패시터의 장점을 결합 시킨 하이브리드 슈퍼캐패시터의 적용 또한 가능하다. Although the cooling of the battery cell made of the secondary battery has been described above, the battery cell may also be applied to various components including electronic components that generate heat such as supercapacitors and IGBT elements, and the advantages of the secondary battery and the supercapacitor may be improved. Application of combined hybrid supercapacitors is also possible.

여기서, 하이브리드 슈퍼캐패시터란 슈퍼캐페시터의 장점인 고출력, 고속 충방전 특징과 이차전지의 장점인 고용량이라는 특징을 보유한 형태의 에너지 저장장치를 의미한다.Here, the hybrid supercapacitor refers to an energy storage device having a high output, a fast charge and discharge characteristic that is an advantage of the supercapacitor, and a high capacity that is an advantage of the secondary battery.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.Although the present invention has been described in detail through specific examples, it is intended to describe the present invention in detail, and the present invention is not limited thereto, and should be understood by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention. It is obvious that the modification and improvement are possible.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 범주에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 명확해질 것이다.All simple modifications and variations of the present invention fall within the scope of the present invention, and the specific scope of protection of the present invention will be apparent from the appended claims.

10 : 배터리 하우징 11 : 유입 분배관
12 : 출구관 13 : 유로
20 : 유로형성팩 21 : 입구측 고정부
22 : 출구측 고정부 23 : 오목부
24 : 엠보부 25 : 보강돌기
30 : 배터리 셀10 battery housing 11 inlet distribution tube
12: outlet pipe 13: euro
20: flow path formation pack 21: inlet side fixing portion
22: exit side fixing portion 23: recessed portion
24: embossed part 25: reinforcement protrusion
30: battery cell

Claims (7)

에너지 저장장치용 배터리 팩으로서,
일정 간격을 두고 설치되어 충전 또는 방전이 이루어지는 복수 개의 배터리 셀과;
냉각매체가 유동하는 복수 개의 유로를 통해 연결되는 유입 분배관과 출구관을 구비하며 유로 사이에 배터리 셀이 결합 고정되는 하우징과;
유입 분배관에 연결 형성되는 입구측 고정부와, 출구관에 연결 형성되는 출구측 고정부와, 일측 단부는 입구측 고정부에 연결되고 타측 단부는 출구측 고정부에 연결되어 냉각매체가 유동하는 통로를 형성하는 유로형성팩을 포함하는 유로형성부재;를 포함하되,
유로형성팩은, 냉각매체의 공급 여부에 따라 신축되도록 하우징의 유로에 배터리 셀과 이격 설치됨에 따라,
냉각매체가 공급되지 않은 상태에서는 배터리 셀과 이격 상태를 유지하고,
냉각매체가 공급되는 상태에서는 그 공급압력에 의해 팽창되어 배터리 셀에 면접촉 상태로 밀착되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치용 배터리 팩.
A battery pack for energy storage,
A plurality of battery cells installed at regular intervals to be charged or discharged;
A housing having an inlet distribution pipe and an outlet pipe connected through a plurality of flow paths through which a cooling medium flows, wherein the battery cell is coupled and fixed between the flow paths;
The inlet side fixing portion formed to be connected to the inlet distribution pipe, the outlet side fixing portion formed to be connected to the outlet pipe, one end is connected to the inlet side fixing portion and the other end is connected to the outlet side fixing portion that the cooling medium flows Including; a flow path forming member including a flow path forming pack for forming a passage;
As the flow path formation pack is spaced apart from the battery cell in the flow path of the housing so as to be stretched according to the supply of the cooling medium,
When the cooling medium is not supplied, it is kept away from the battery cell,
The battery pack for an energy storage device, wherein the cooling medium is inflated by the supply pressure to be in close contact with the battery cell.
청구항 1에 있어서,
배터리 셀은 이차전지, 슈퍼캐패시터, 또는 하이브리드 슈퍼캐패시터 중 어느 하나로 이루진 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치용 배터리 팩.
The method according to claim 1,
The battery cell is a battery pack for an energy storage device, characterized in that made of any one of a secondary battery, a supercapacitor, or a hybrid supercapacitor.
청구항 1에 있어서,
유로형성팩은 알루미늄 박판, 구리 박판, 합급 박판, 합성수지 박막 중 어느 하나로 이루어지고,
입구측 고정부 및 출구측 고정부는 플라스틱 복합소재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치용 배터리 팩.
The method according to claim 1,
The flow path forming pack is made of any one of aluminum sheet, copper sheet, alloy sheet, synthetic thin film,
The inlet-side fixing portion and the outlet-side fixing portion are battery packs for energy storage device, characterized in that made of a plastic composite material.
청구항 1에 있어서,
유로형성팩은 일정 간격으로 오목부 또는 엠보부가 형성되거나 내측면에 일정 간격으로 보강돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치용 배터리 팩.
The method according to claim 1,
The flow path forming pack is a battery pack for an energy storage device, characterized in that the recessed portion or embossed portion is formed at regular intervals or reinforcement protrusions are formed at a predetermined interval on the inner surface.
청구항 1에 있어서,
냉각매체로는 물, 물과 부동액의 혼합물, 액상 암모니아 중 어느 하나가 사용되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치용 배터리 팩.
The method according to claim 1,
As a cooling medium, any one of water, a mixture of water and antifreeze, and liquid ammonia is used.
청구항 2 내지 5중 어느 한 항에 있어서,
입구측 고정부와 출구측 고정부는 배터리 셀이 삽입 고정되도록 능동형 클램프 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치용 배터리 팩.
The method according to any one of claims 2 to 5,
An inlet fixing part and an outlet fixing part have an active clamp structure to insert and fix the battery cell.
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