KR20120084712A - 전기화학 에너지 저장장치 및 전기화학 에너지 저장장치를 냉각 또는 가열하기 위한 방법 - Google Patents

전기화학 에너지 저장장치 및 전기화학 에너지 저장장치를 냉각 또는 가열하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

전기화학 에너지 저장장치(101)는 응용 주변장치 내부에 전기적으로 연결하기 위한 적어도 2개의 전기 집전체(105, 106)를 포함한다. 상기 집전체는 전기화학 에너지 저장장치 내부에 배치되어 있는 제1영역(103, 104)과 전기화학 에너지 저장장치 외부에 배치되어 있는 제2영역(105, 106)을 포함한다. 본 발명에 따른 전기화학 에너지 저장장치는 상기 전기 집전체 중 적어도 하나가 액체 또는 기체의 열 수송 매체(107, 108)에 의해 관통되어 제2영역(105, 106)으로 흐를 수 있도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

전기화학 에너지 저장장치 및 전기화학 에너지 저장장치를 냉각 또는 가열하기 위한 방법{ELECTROCHEMICAL ENERGY STORAGE AND METHOD FOR COOLING OR HEATING AN ELECTROCHEMICAL ENERGY STORAGE}
본 발명은 전기화학 에너지 저장장치 및 전기화학 에너지 저장장치, 특히 리튬-이온-축전지를 냉각 또는 가열하기 위한 방법에 관한 것이다. 이러한 전기화학 에너지 저장장치는 예를 들면 자동차에 사용되고 있다. 본 발명은 리튬이 없고 자동차와 무관한 전기화학 에너지 저장장치에서도 사용될 수 있다.
전기에너지를 저장하기 위한 갈바니 전지를 갖는 다수의 전기화학 에너지 저장장치의 구성이 종래기술에 공지되어 있다. 이러한 에너지 저장장치에 공급되는 전기에너지는 화학에너지로 전환되어 저장된다. 이 전환에는 전환 중에 비가역성 화학반응이 일어나기 때문에 손실이 발생하여 축전지를 노화시킨다. 이때 발생하는 에너지 손실은 열의 형태로 방출되어 갈바니 전지의 온도 증가로 이어질 수 있다.
더욱 빠른 에너지 전환 외에도 축전지의 갈바니 전지 내부에서 온도 증가에 의해 노화가 가속화되기도 한다. 특히 전기 구동 자동차의 가속 중에는 높은 전류가 짧은 기간에 걸쳐 축전지로부터 흘러나간다. 이 높은 전류는 자동차가 전기장치의 보조에 의해 감속되고 얻어진 에너지가 축전지에 공급되는 경우에 생성되기도 한다.
갈바니 전지 내 온도가 과도하게 상승하면, 소정 조건에서 연소 또는 폭발할 수 있는 에너지 저장장치가 파괴될 위험이 존재한다. 이러한 원하지 않는 현상은 전기화학 에너지 저장장치를 가능하면 가장 효과적으로 냉각됨으로써 방지될 수 있다.
한편, 많은 전기화학 에너지 저장장치들은 그 구성과 작동원리에 따라 낮은 작동온도에서 비로소 효율적으로 또는 신뢰성 있게 작동한다. 따라서 전기화학 에너지 저장장치의 사용 목적 또는 용도에 따라 열을 공급하여 전기화학 에너지 저장장치의 온도를 증가시키는 것이 바람직할 수 있다.
DE 602 134 74 T2는 사행형 배치구조에 접합되고 열전달 매체가 통과하는 다수 개의 유동실을 갖는 변형가능한 열전도성 냉각 벨로우즈를 갖는 전기화학 에너지 저장 장치를 기재하고 있다.
DE 699 01 973 T2는 하우징, 환기 시스템과 금속 방열판을 갖는 다수 개의 전지 및 상기 전지에 공기를 전달하는 유체 전달 수단으로 이루어진 배터리를 기재하고 있다.
DE 10 2007 012 893 A1은 저장 전지를 갖는 배터리용 냉각 장치로서, 상기 저장 전지는 배터리 박스에 수납되고 상기 전지를 냉각시키기 위한 냉각부를 갖는 냉각 장치를 기재하고 있다. 필요에 따라 냉각하기 위해, 상기 냉각 장치는 공기 열교환기, 액체 냉각기와 이들 두 냉각기 사이를 필요에 따라 개폐하기 위한 3-방향 밸브를 포함하는 것이 제안되어 있다.
이에 따라 본 발명의 과제는 전기화학 에너지 저장장치를 냉각 및/또는 가열하기 위한 가능한 가장 효과적인 방법과 이에 상응하는 전기화학 에너지 저장장치를 제공하는데 있다.
본 발명에 따르면, 상기 과제는 독립항의 요지에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 전기화학 에너지 저장장치는 주변 응용장치 내부에 전기화학 에너지 저장장치를 전기적으로 연결하기 위한 적어도 2개의 전기 집전체(current collector)를 갖는다. 상기 집전체는 전기화학 에너지 저장장치의 내부에 배치된 제1영역과 전기화학 에너지 저장장치의 외부에 배치된 제2영역을 갖는다. 본 발명에 따른 전기화학 에너지 저장장치는 상기 전기 집전체 중 적어도 하나가 액체 또는 기체의 열 수송 매체에 의해 관통되어 제2영역으로 흐를 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
이러한 전기화학 에너지 저장장치를 냉각 또는 가열하기 위한 본 발명에 따른 방법에서, 상기 에너지 저장장치의 전기 집전체 중 적어도 하나를 통해 액체 또는 기체의 열 수송 매체가 제2영역으로 흐른다.
본 발명의 기재내용과 관련하여, 전기화학 에너지 저장장치라 함은 전기에너지가 빠져나갈 수 있고 에너지 저장장치의 내부에서 전기화학반응이 진행되는 에너지 저장장치의 일종으로서 이해되어야 한다. 상기 용어는 특히 모든 유형의 갈바니 전지, 특히 1차전지, 2차전지와 이러한 전지로 구성되는 배터리를 제조하기 위해 이러한 전지를 연결하는 장치를 포함한다. 이러한 전기화학 에너지 저장장치는 전형적으로 소위 분리막이 개재된 음극과 양극을 갖는다. 상기 전극 사이에서 전해질을 통해 이온 수송이 발생한다.
본 발명의 기재내용과 관련하여, 집전체(current collector)라 함은 에너지 저장장치로 또는 에너지 저장장치로부터 전기에너지를 수송하기 위해 사용되는 전기화학 에너지 저장장치의 전기 전도성 구성요소로서 이해되어야 한다. 전기화학 에너지 저장장치는 전형적으로 에너지 저장장치 내부에서 2군의 전극 - 음극 또는 양극 - 중 하나에 각각 연결되는 2가지 형태의 집전체를 갖는다.
본 발명의 기재내용과 관련하여, 열 수송 매체라 함은 그의 물성 때문에 공기역학 또는 수력학적 흐름, 특히 대류를 통해 열전도 및/또는 열 수송에 의해 열을 열 수송 매체로 수송하기에 적합한 기체 또는 액체 재료로서 이해되어야 한다. 본 기술분야에서 일반적으로 사용되는 열 수송 매체에 대한 중요한 예는 예를 들면 공기 또는 물 또는 기타 통상적인 냉매이다. 주변 응용장치에 따라, 다른 기체 또는 액체로는 예를 들면 높은 열용량 및/또는 높은 열전도성을 갖는 희소 기체 또는 액화 희소 기체 또는 재료와 같은 화학적으로 불활성인(반응성이 거의 없는) 기체 또는 액체가 전형적이다.
본 발명의 기재내용과 관련하여, 에너지 저장장치의 주변 응용장치라 함은 에너지 저장장치와 전기적으로 연결되거나 연결될 수 있어 에너지 저장장치로부터 전기에너지를 공급받거나 에너지 저장장치로 전기에너지를 공급할 수 있는 모든 기술적 장치로서 이해되어야 한다. 이러한 주변 응용장치에 대한 예로는 모든 형태의 전기 소비원, 또는 공급장치, 전기 소비원 및 공급원의 조합을 들 수 있다.
유리한 실시형태와 추가 실시형태는 종속항의 요지이다.
바람직한 전기화학 에너지 저장장치는 액체 또는 기체의 열 수송 매체가 관통하여 제1영역으로 흐를 수도 있도록 구성된 적어도 하나의 집전체를 갖는다. 본 발명의 상기 실시형태에 있어서, 열 수송은 열 수송 매체 내 열전도와 대류를 통한 열 수송의 공동작용에 의해 제1영역에서 일어나므로 열 수송 매체를 적절히 선택하면 더욱 개선될 것이다.
특히 바람직한 전기화학 에너지 저장장치는 동일한 액체 또는 기체의 열 수송 매체가 관통하여 제1영역과 제2영역으로 흐를 수 있도록 구성된 적어도 하나의 집전체를 갖는다. 상기 실시형태는 실현하기에 특히 단순하고 열 수송 매체를 적절히 선택하면 특히 효과적인 열 수송으로 이어질 수 있을 것이다.
특히 바람직한 전기화학 에너지 저장장치는 제1액체 또는 기체의 열 수송 매체가 관통하여 제1영역으로 흐를 수 있고 제2액체 또는 기체의 열 수송 매체가 관 통하여 제2영역으로 흐를 수 있도록 구성된 적어도 하나의 집전체를 갖는다. 상기 실시형태는 열 수송 매체를 적절히 선택하고/또는 유동 조건을 적절하게 구성하면 특히 효과적인 열 수송으로 이어질 수 있을 것이다. 이는 본 발명의 특히 바람직한 실시형태에 따라 제1 열 수송 매체와 제2 열 수송 매체 사이에서 열교환이 일어날 수 있도록 적어도 하나의 집전체를 구성하는 경우에 특히 중요하다.
다른 바람직한 전기화학 에너지 저장장치는 제2영역에서 열전도 방식으로 방열체(cooling body)에 연결되는 적어도 하나의 집전체를 갖는다. 열 수송 매체가 관통하여 흐르는 집전체에 방열체를 부착함으로써 열 수송을 더욱 향상시킬 수 있다.
다른 바람직한 전기화학 에너지 저장장치에서, 적어도 하나의 방열체는 그 주위를 액체 또는 기체의 열 수송 매체가 적어도 부분적으로 흐를 수 있도록 구성된다. 상기 실시예들의 추가적인 처리에 의해 많은 경우 열 수송이 더욱 개선될 수도 있다.
본 발명에 따른 바람직한 방법에 있어서, 액체 또는 기체의 열 수송 매체가 적어도 하나의 집전체를 통해 제1영역으로 흐른다. 본 발명의 상기 실시형태에 있어서, 열 수송은 열 수송 매체 내 열전도와 대류를 통한 열 수송의 공동작용에 의해 제1영역에서 일어나므로 열 수송 매체를 적절히 선택하면 더욱 개선될 것이다.
본 발명에 따른 특히 바람직한 방법에 있어서, 동일한 액체 또는 기체의 열 수송 매체가 적어도 하나의 집전체를 통해 제1영역과 제2영역으로 흐른다. 상기 실시형태는 실현하기에 특히 단순하고 열 수송 매체를 적절히 선택하면 특히 효과적인 열 수송으로 이어질 수 있을 것이다.
특히 바람직한 방법에서, 적어도 하나의 집전체를 통해 제1액체 또는 기체의 열 수송 매체가 제1영역으로 흐르고 제2액체 또는 기체의 열 수송 매체가 제2영역으로 흐른다. 상기 실시형태는 열 수송 매체를 적절히 선택하고/또는 유동 조건을 적절하게 구성하면 특히 효과적인 열 수송으로 이어질 수 있을 것이다. 이는 본 발명의 특히 바람직한 실시형태에 따라 제1 열 수송 매체와 제2 열 수송 매체 사이에서 열교환이 일어날 수 있도록 적어도 하나의 집전체를 구성하는 경우에 특히 중요하다.
다른 바람직한 방법에서, 적어도 하나의 집전체가 제2영역에서 열전도 방식으로 방열체에 연결된다. 열 수송 매체가 관통하여 흐르는 집전체에 방열체를 부착함으로써 열 수송을 더욱 향상시킬 수 있다.
특히 바람직한 방법에서, 적어도 하나의 방열체 주위를 액체 또는 기체의 열 수송 매체가 적어도 부분적으로 흐른다. 상기 실시예들의 추가적인 처리를 통해 많은 경우 열 수송이 더욱 개선될 수도 있다.
당업자라면 본 기술분야의 지식을 토대로 본 발명에 기재된 실시형태 중 일부를 유리한 방법으로 조합할 수 있음을 알 것이고; 당업자라면 본 명세서의 기재내용을 참조하고 본 기술분야의 지식을 토대로 본 명세서에 전적으로 기재될 수 없는 다른 유리한 실시예들을 쉽게 발견할 수 있을 것이다. 본 발명은 본 명세서에 기재된 실시예에 한정되지 않는다.
이하, 바람직한 실시예를 토대로 도면을 참고하여 본 발명을 더욱 상세히 기재한다.
도면에서:
도 1은 본 발명의 제1실시형태에 따른 전기화학 에너지 저장장치의 개략도로서, 하나의 열 수송 매체가 2개의 집전체를 통해 에너지 저장장치 외부의 영역으로 흐르는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2실시형태에 따른 전기화학 에너지 저장장치의 개략도로서, 하나의 열 수송 매체가 2개의 집전체를 통해 에너지 저장장치 외부의 영역으로 흐르고 상기 2개의 집전체는 방열체와 접촉 상태에 있는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제3실시형태에 따른 전기화학 에너지 저장장치의 개략도로서, 2개의 집전체를 통해 제1 열 수송 매체가 에너지 저장장치 내부의 영역으로 흐르고 제2 열 수송 매체가 에너지 저장장치 외부의 영역으로 흐르는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제4실시형태에 따른 전기화학 에너지 저장장치의 개략도로서, 2개의 집전체를 통해 제1 열 수송 매체가 에너지 저장장치 내부의 영역으로 흐르고 제2 열 수송 매체가 에너지 저장장치 외부의 영역으로 흐르며, 상기 2개의 집전체는 방열체와 접촉 상태에 있는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제5실시형태에 따른 전기화학 에너지 저장장치의 개략도로서, 동일한 열 수송 매체가 2개의 집전체를 통해 에너지 저장장치 내부의 영역과 에너지 저장장치 외부의 영역으로 흐르는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제6실시형태에 따른 전기화학 에너지 저장장치의 개략도로서, 동일한 열 수송 매체가 2개의 집전체를 통해 에너지 저장장치 내부의 영역과 에너지 저장장치 외부의 영역으로 흐르고 상기 2개의 집전체는 방열체와 접촉 상태에 있는 도면이다.
본 발명에 따른 전기화학 에너지 저장장치는 바람직하게는 열전도성이 양호한 집전체를 갖는다. 이러한 집전체는 전류를 갈바니 전지 밖으로 또는 그 내부로 전달한다. 이러한 집전체는 바람직하게는 금속성이므로 충분한 전기전도성 외에 통상적으로 높은 열전도성도 갖고 있다.
이 높은 열전도성에 의해 매우 약간의 온도 구배만이 집전체 내부에서 나타날 뿐 높은 열 흐름이 갈바니 전지 내부로 또는 외부로부터 전달될 수 있다. 상기 집전체의 제1영역(103, 104, 203, 204, 303, 304, 403, 404, 503, 504, 603, 604)은 갈바니 전지 내부에 배치되어 있고 그 안에서 갈바니 전지의 전기화학적으로 활성인 부품(active components), 즉 분리막(102, 202, 302, 402, 502, 602)이 개재된 반대 극성의 전극들에 전기적으로 연결된다. 상기 집전체의 제2영역(105, 106, 205, 206, 305, 306, 405, 406, 505, 506, 605, 606)은 갈바니 전지로부터 연장되고 에너지 저장장치를 주변 응용장치에 전기적으로 연결하기 위해 사용된다.
실시예에 따라 도 1에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 전기화학 에너지 저장장치는 주변 응용장치 내부에 전기화학 에너지 저장장치를 전기적으로 연결하기 위해 사용되는 적어도 2개의 전기 집전체를 갖는다. 이들 집전체는 전기화학 에너지 저장장치 내부에 배치되는 제1영역과 전기화학 에너지 저장장치 외부에 배치되는 제2영역을 갖는다. 본 발명에 따르면, 이들 전기 집전체 중 적어도 하나는 액체 또는 기체의 열 수송 매체(107, 108, 207, 208, 307, 308, 407, 408, 507, 508, 607, 608)가 통과하여 제2영역으로 흐를 수 있도록 구성되는 것이 제공된다.
이를 위해 바람직하게는 액체 또는 기체의 열 수송 매체가 관통할 수 있는 유로(flow ducts ; 107, 108, 207, 208, 307, 308, 407, 408, 507, 508, 607, 608)가 본 발명에 따른 집전체에 제공된다. 이 방법으로, 상기 집전체는 그 외부 영역에서 열전도 매카니즘을 통한 냉각만 일어나는 것이 아니라 액체 또는 기체의 열 수송 매체에 의한 열 수송도 추가로 나타난다.
상기 열 수송 매체의 흐름은 소위 대류(convection), 즉 집전체 자체 내 형성되는 온도 구배가 열 수송 매체 내 대류를 야기하는 현상에 의해 일어나게 할 수 있다. 이 대류는 열 수송 매체를 상대적으로 낮은 온도에서는 집전체의 외부 영역으로 연속적으로 공급되도록 하는 동시에 열 수송 매체를 상대적으로 높은 온도에서는 집전체로부터 내보내도록 한다. 상기 열 수송 매체의 재료특성을 적절하게 선택하면, 예를 들면 금속성 집전체에서 단지 열전도로만 냉각하는 경우에 비해 흐르는 열 수송 매체에 의해 더욱 효과적인 냉각이 달성될 수 있다.
열 수송 매체에서 열 대류로만 열 수송을 유도하는 대신, 외부로부터 유로를 통해 열 수송 매체를 흐르게 할 수도 있다. 이 경우, 유속은 순수하게 열 대류만 일어나는 경우에 비해 더 크도록 선택될 수 있다. 이때 외부로부터 적용되는 유속은 달성된 열 수송이 에너지 저장장치의 용도 또는 작동상태의 순간순간 필요에 적합하도록 선택될 수 있다.
도 1에 나타낸 장치는 전기화학 에너지 저장장치를 냉각하고 또한 가열하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 전기화학 에너지 저장장치가 그의 최적 작동온도 미만에 있는 경우, 적절하게 가열한 열 수송 매체를 집전체의 유로에 유입시킴으로써 집전체의 외부 영역을 가열할 수 있다. 이 경우, 집전체 내에는 내부 영역 방향에서 시작하는 열 흐름을 통한 열전도에 의해 소멸되는 온도 구배가 형성된다. 그 결과, 집전체의 외부 영역과 집전체의 내부에서는 외부 영역으로부터 내부 영역으로의 열전도에 의한 열 수송 매체의 열 흐름이 일어나 집전체(103, 104)의 내부 영역이 가열되어 전지의 전체적인 가열로 나타나므로 에너지 저장장치의 온도가 작동온도까지 증가할 수 있다.
이에 반해, 비가역적 화학반응의 진행에 의한 에너지 저장장치의 작동시 에너지 저장장치 내부가 가열되어 그의 최대 작동온도를 초과하여 가열되는 것을 방지하기 위해서 에너지 저장장치를 자주 냉각하여야 한다. 이 경우, 상대적으로 낮은 온도의 냉각 열 수송 매체가 집전체의 외부 영역(105, 106)의 유로(107, 108)로 유입된다. 이러한 유입에 의해 집전체의 외부 영역(105, 106)이 냉각됨으로써 내부 영역(103, 104)과 외부 영역(105, 106) 사이에는 온도 구배가 형성된다. 이 온도 구배는 집전체의 내부 영역(103, 104)으로부터 외부 영역(105, 106)으로 일어나는 열전도에 의해 소멸되고, 그 결과 내부로부터 외부로 열 흐름이 생성되고 이로 인해 전지와 이에 따라 에너지 저장장치가 냉각된다.
다른 실시예에 따라 도 2에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 예를 들면 냉각의 경우 집전체와 양호한 열 전도 접촉 상태에 있는 방열체(209, 210)가 집전체의 외부 영역(205, 206)에 부착된다는 점에서 열 수송이 더욱 향상될 수 있다. 바람직하게는 표면적이 커서 집전체와 주변장치 사이의 열 전달을 유의적으로 증가시킬 수 있는 이러한 방열체를 통해 작동 상태에서 전기화학 에너지 저장장치의 냉각을 크게 개선할 수 있다. 이는 열 수송 매체(211, 212)가 추가로 방열체(209, 210) 주위를 흐르는 경우일수록 더욱 중요하다. 이때 기체의 열 수송 매체는 예를 들면 공기이거나 액체의 열 수송 매체는 예를 들면 물일 수 있다.
적당한 열 수송 매체를 선택하는 것은 다양한 인자에 의해 좌우된다. 한편, 가능한 가장 효과적인 열전달 관점에서 재료를 선택하는 것이 매우 중요하다. 다른 한편으로, 사용 에너지 저장 기술이 열 수송 매체의 선택에 영향을 줄 수도 있다. 이에 같이, 선택된 열 수송 매체는 정상 작동시 접촉하게 되거나 오작동시 접촉할 수 있는 재료에 비해 화학적으로 불활성(반응성이 거의 없는)인 거동을 보이는 것이 일반적으로 유리하다.
본 발명의 다른 실시예에 따라 도 3에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 열 수송 매체가 집전체(303, 304)의 내부 영역을 통해 흐를 때에도 전기화학 에너지 저장장치의 내부와 집전체의 외부 영역(305, 306) 사이의 열 전달은 더욱 향상될 수 있다. 도 3에 개략적으로 나타낸 실시예에서, 상기 열 수송 매체는 폐쇄형 유로(313, 314)를 통해 집전체의 내부 영역(303, 304)으로 흐른다. 이에 따라 여기에 나타낸 상기 집전체의 내부 영역 내 유로의 배치구조는 집전체의 내부 영역(303, 304) 내 온도 구배 소멸에 주로 기여한다. 상기 내부 영역 내 유로의 배치구조는 집전체의 내부 영역으로부터 외부 영역(305, 306)으로 열 수송 매체의 흐름을 통한 열 수송으로 나타나지 않는다. 이러한 이유로, 이 실시예에서는 유로(308, 313) 또는 (307, 314) 사이에서 매우 집중적인 열교환이 일어날 수 있도록 이들 유로를 배치하는 것이 바람직하다. 이러한 배치는 바람직하게는 특히 집전체(303, 304)의 내부 영역과 집전체의 외부 영역(305, 306) 사이의 경계영역에서 집전체가 특히 양호한 열전도성을 갖게 함으로써 이뤄질 수 있다.
다른 실시예에 따라 도 4에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 열 수송, 예를 들면 냉각의 경우 집전체와 양호한 열 전도 접촉 상태에 있는 방열체(409, 410)가 집전체의 외부 영역(405, 406)에 부착된다는 점에서 도 3에 나타낸 실시예의 경우에 비해 열 수송이 더욱 향상될 수 있다. 바람직하게는 표면적이 커서 집전체와 주변장치 사이의 열 전달을 유의적으로 증가시킬 수 있는 이러한 방열체를 통해 작동 상태에서 전기화학 에너지 저장장치의 냉각을 크게 개선할 수 있다. 이는 열 수송 매체(411, 412)가 추가로 방열체(409, 410) 주위를 흐르는 경우일수록 더욱 중요하다. 이때 기체의 열 수송 매체는 예를 들면 공기이거나 액체의 열 수송 매체는 예를 들면 물일 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예로서, 집전체의 외부 영역(505, 506)에 흐르는 열 수송 매체가 집전체의 내부 영역(503, 504)에도 흐르는 것을 개략적으로 도시하고 있다. 상기 열 수송 매체의 재료특성을 적절히 선택하고 유로의 적절하게 구성하면 이 실시형태에서 열 수송 매체의 흐름에 의해 제공되는 열 수송은 특히 높을 것이다.
그러나 전체 장치의 작동 신뢰성과 관련하여, - 전기화학 에너지 저장장치의 사용 기술에 따라 - 집전체의 내부 영역과 외부 영역에 동일한 열 수송 매체를 흐르게 하면 곤란한 점이 나타날 수 있는데, 예를 들면 오작동시 외부 영역에서 매우 효과적인 열 수송 매체가 에너지 저장장치의 내부에 사용되는 재료와 바람직하지 않은 방식으로 화학적으로 반응할 수 있는 경우이다.
다른 실시예에 따라 도 4와 6에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 집전체를 통한 열 수송은 적절히 구성한 방열체를 집전체의 외부 영역에 집전체와 열전도 방식으로 접촉시켜 배치하는 경우 더욱 향상될 수 있어 집전체와 주변장치 사이의 열 전달을 증가시킨다. 이 효과는 열 수송 매체를 방열체 주위에 흐르게 하는 경우 더욱 향상될 수 있다.
방열체(609, 610)를 냉각시키기 위해 사용되는 열 수송 매체(611, 612)는 전기 절연체이거나, 그렇지 않은 경우 가능한 한 가장 양호한 열 수송 특성을 갖는 것이 바람직하다. 많은 경우, 이에 대해 공기 또는 화학적으로 불활성인 기체, 예를 들면 질소 또는 이산화탄소가 적합한 것으로 나타날 것이다. 바람직하게는 환풍기를 적절하게 배치구성하여 기체의 열 수송 매체를 흐르게 할 수 있다. 펌프는 바람직하게는 액체의 열 수송 매체를 흐르게 하고 흐름을 유지하는데 적합하다. 이러한 환풍기 또는 펌프의 동력은 바람직하게는 집전체의 영역 내 측정된 온도에 따라 변할 수 있어 예를 들면 온도가 원하는 작동온도로부터 크게 벗어나는 경우 이들 밸브 또는 펌프의 동력은 증가된다. 사용된 열 수송 매체의 온도는 전기화학 에너지 저장장치 내부의 냉각 또는 가열이 필요한지 또는 바람직한 것인지에 따라 적절하게 제어될 수 있다. 이 온도 제어는 바람직하게는 전기 히터 또는 전기로 작동되는 냉각 장치를 통해 실시될 수 있다.

Claims (14)

  1. 주변 응용장치 내부에 전기적으로 연결하기 위해 적어도 2개의 전기 집전체(105, 106, 205, 206, 305, 306, 405, 406, 505, 506, 605, 606)를 갖는 전기화학 에너지 저장장치(101, 201, 301, 401, 501, 601)로서, 상기 집전체는 전기화학 에너지 저장장치 내부에 배치되어 있는 제1영역(103, 104, 203, 204, 303, 304, 403, 404, 503, 504)과 전기화학 에너지 저장장치 외부에 배치되어 있는 제2영역(105, 106, 205, 206, 305, 306, 405, 406, 505, 506, 605, 606)을 갖되,
    상기 전기 집전체 중 적어도 하나는, 액체 또는 기체의 열 수송 매체(107, 108, 207, 208, 307, 308, 407, 408, 507, 508, 607, 608)가 관통하여 제2영역(105, 106, 205, 206, 305, 306, 405, 406, 505, 506, 605, 606)으로 흐를 수 있도록, 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기화학 에너지 저장장치.
  2. 제1항에 있어서, 액체 또는 기체의 열 수송 매체(313, 314, 413, 414, 507, 508, 607, 608)가 관통하여 제1영역(303, 304, 403, 404, 503, 504, 603, 604)으로 흐를 수도 있도록 구성된 적어도 하나의 집전체를 갖는 전기화학 에너지 저장장치.
  3. 제2항에 있어서, 동일한 액체 또는 기체의 열 수송 매체(507, 508, 607, 608, 313, 314, 413, 414)가 관통하여 제1 및 제2 영역(303, 304, 403, 404, 503, 504, 603, 604)으로 흐를 수 있도록 구성된 적어도 하나의 집전체를 갖는 전기화학 에너지 저장장치.
  4. 제2항에 있어서, 제1액체 또는 기체의 열 수송 매체(413, 414, 513, 514)가 관통하여 제1영역(403, 404, 503, 504)으로 흐를 수 있고 그리고 제2액체 또는 기체의 열 수송 매체(407, 408, 507, 508)가 관통하여 제2영역(405, 406, 505, 506)으로 흐를 수 있도록 구성된 적어도 하나의 집전체를 갖는 전기화학 에너지 저장장치.
  5. 제4항에 있어서, 제1 및 제2 열 수송 매체 사이에서 열교환이 일어날 수 있도록 구성된 적어도 하나의 집전체를 갖는 전기화학 에너지 저장장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제2영역(205, 206, 405, 406, 605, 606)에서 열전도 방식으로 방열체(209, 210, 409, 410, 609, 610)에 연결되는 적어도 하나의 집전체를 갖는 전기화학 에너지 저장장치.
  7. 제6항에 있어서, 적어도 하나의 방열체(209, 210, 409, 410, 609, 610)가 그 주위를 액체 또는 기체의 열 수송 매체(211, 212, 411, 412, 611, 612)가 적어도 부분적으로 흐를 수 있도록 구성된 전기화학 에너지 저장장치.
  8. 주변 응용장치 내부에 전기적으로 연결하기 위해 적어도 2개의 전기 집전체를 갖는 전기화학 에너지 저장장치를 냉각 또는 가열하기 위한 방법으로서, 상기 집전체는 전기화학 에너지 저장장치 내부에 배치되어 있는 제1영역과 전기화학 에너지 저장장치 외부에 배치되어 있는 제2영역을 갖되, 상기 전기 집전체 중 적어도 하나를 통해 액체 또는 기체의 열 수송 매체가 제2영역으로 흐르는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 액체 또는 기체의 열 수송 매체가 적어도 하나의 집전체를 통해 제1영역으로도 흐르는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 동일한 액체 또는 기체의 열 수송 매체가 적어도 하나의 집전체를 통해 제1 및 제2영역으로 흐르는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제9항에 있어서, 적어도 하나의 집전체를 통해 제1액체 또는 기체의 열 수송 매체가 제1영역으로 흐르고 제2액체 또는 기체의 열 수송 매체가 제2영역으로 흐르는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제1 열 수송 매체와 제2 열 수송 매체 사이에서 열교환이 일어나는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 집전체가 제2영역에서 열전도 방식으로 방열체에 연결되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 적어도 하나의 방열체 주위를 액체 또는 기체의 열 수송 매체가 적어도 부분적으로 흐르는 것을 특징으로 하는 방법.
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