KR20190012461A - 배터리 랙 및 이를 포함하는 전력 저장 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙은, 상호 적층되는 복수 개의 배터리 팩 및 복수 개의 배터리 팩을 수용하고, 복수 개의 배터리 팩의 냉각을 위한 냉각 공기의 유입을 위해 전방이 개방되며, 내부의 좌우측면 중 어느 일측에 냉각 공기의 유동을 위한 냉각 유로가 형성되는 랙 하우징을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 랙 및 이를 포함하는 전력 저장 장치{BATTERY RACK AND ENERGY STORAGE SYSTEM COMPRISING THE SAME}
본 발명은 배터리 랙 및 이를 포함하는 전력 저장 장치에 관한 것이다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차 전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.2V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 복수 개의 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 적어도 하나의 배터리 셀로 이루어지는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩을 구성하는 방법이 일반적이다. 여기서, 적어도 하나의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩은 다양한 전압과 용량 요구 조건 등에 따라, 이러한 배터리 팩을 적어도 하나 이상 포함하는 배터리 랙들로 구비되는 전력 저장 장치를 구성하기도 한다.
이러한 종래 배터리 랙에는 배터리 팩의 냉각을 위해 랙 하우징 내에 냉각 모듈이 장착된다. 이러한 냉각 모듈은 일반적으로 공랭식 방식의 냉각 팬으로 적용된다. 이러한 냉각 팬은 랙 하우징 내의 배터리 팩 전방 및 후방에 배치된다.
그러나, 종래 배터리 랙과 같이, 배터리 팩의 전후방에 냉각 팬이 적용되는 구조에서는, 랙 하우징 내에 냉각 팬 장착을 위한 추가적인 공간이 요구되어, 랙 하우징의 부피가 커져 에너지 밀도 측면에서 불리한 문제가 있다.
아울러, 종래 배터리 랙에서는, 전방이나 후방에 구비되는 냉각 팬의 구조상 배치에 따라, 냉각 팬의 상당한 압력 손실이 야기되어 냉각 성능이 저하되는 문제가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 배터리 랙 및 이를 포함하는 전력 저장 장치를 제공하기 위한 것이다.
아울러, 본 발명의 목적은 냉각 성능을 확보하면서 에너지 밀도를 높일 수 있는 배터리 랙 및 이를 포함하는 전력 저장 장치를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 해결하기 위해, 본 발명은, 배터리 랙으로서, 상호 적층되는 복수 개의 배터리 팩; 및 상기 복수 개의 배터리 팩을 수용하고, 상기 복수 개의 배터리 팩의 냉각을 위한 냉각 공기의 유입을 위해 전방이 개방되며, 내부의 좌우측면 중 어느 일측에 상기 냉각 공기의 유동을 위한 냉각 유로가 형성되는 랙 하우징;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 랙을 제공한다.
상기 복수 개의 배터리 팩은, 각각, 전방에 냉각 공기의 유입을 위한 냉각 공기 유입부가 마련되고, 좌우측면 중 어느 일측면에 상기 냉각 공기를 내보내기 위한 냉각 공기 배출부가 마련될 수 있다.
상기 랙 하우징의 상기 냉각 유로는, 상기 복수 개의 배터리 팩의 상기 냉각 공기 배출부와 마주 하게 배치될 수 있다.
상기 냉각 공기 배출부는, 각각의 배터리 팩의 상기 일측면에 형성되는 복수 개의 타공홀들로 구비될 수 있다.
상기 복수 개의 배터리 팩과 상기 냉각 유로 사이에는, 상기 냉각 공기가 상기 복수 개의 배터리 팩들로 역투입되는 것을 방지하기 위한 유출 방지 격벽;이 구비될 수 있다.
상기 유출 방지 격벽은, 상기 복수 개의 배터리 팩의 적층 길이에 대응되는 높이를 가질 수 있다.
상기 유출 방지 격벽에는, 각각의 배터리 팩의 냉각 공기를 상기 냉각 유로로 안내하는 복수 개의 가이드 개구들이 형성될 수 있다.
상기 냉각 유로의 상단부에는, 상기 냉각 유로 내의 냉각 공기를 흡입하기 위한 냉각 팬;이 구비될 수 있다.
그리고, 본 발명은, 전력 저장 장치로서, 전술한 실시예들에 따른 적어도 하나의 배터리 팩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 장치를 제공한다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 배터리 랙 및 이를 포함하는 전력 저장 장치를 제공할 수 있다.
아울러, 본 발명의 다양한 실시예들에 따라, 냉각 성능을 확보하면서 에너지 밀도를 높일 수 있는 배터리 랙 및 이를 포함하는 전력 저장 장치를 제공할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 배터리 랙의 정면도이다.
도 3은 도 2의 배터리 랙의 배터리 팩의 사시도이다.
도 4 및 도 5는 도 1의 배터리 랙의 주요부의 단면도이다.
도 6 내지 도 8은 도 1의 배터리 랙의 냉각 공기의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해 질 것이다. 여기서 설명되는 실시예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면은 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙을 설명하기 위한 도면이며, 도 2는 도 1의 배터리 랙의 정면도이며, 도 3은 도 2의 배터리 랙의 배터리 팩의 사시도이며, 도 4 및 도 5는 도 1의 배터리 랙의 주요부의 단면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 배터리 랙(10)은, 에너지원으로서, 가정용 또는 산업용으로 이용될 수 있다. 이러한 상기 배터리 랙(10)은 적어도 하나 이상으로 마련되어 에너지를 안정적으로 공급하도록 가이드할 수 있는 전력 저장 장치의 일 구성으로 포함될 수 있다.
상기 배터리 랙(10)은, 배터리 팩(100) 및 랙 하우징(200)을 포함할 수 있다.
상기 배터리 팩(100)은 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개로 마련될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 배터리 팩(100)이 복수 개로 구비되어 상호 적층된 것으로 한정하여 설명한다.
상기 복수 개의 배터리 팩들(100)은, 각각, 배터리 셀(110) 및 팩 케이스(130)을 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀(110)은, 이차 전지로서, 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개로 마련될 수 있으며, 파우치형 이차 전지, 각형 이차 전지 및 원통형 이차 전지 중 적어도 하나로 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 배터리 셀(110)이 복수 개로 구비되어 상호 적층되는 파우치형 이차 전지들로 구비되는 것으로 한정하여 설명한다.
상기 팩 케이스(130)는, 상기 복수 개의 배터리 셀들(110)을 수용할 수 있다. 이를 위해, 상기 팩 케이스(130)에는 상기 복수 개의 배터리 셀들(110)을 수용하는 수용 공간이 마련될 수 있다.
이러한 상기 팩 케이스(130)에는, 냉각 공기 유입부(132) 및 냉각 공기 배출부(136)가 구비될 수 있다.
상기 냉각 공기 유입부(132)는 상기 팩 케이스(130)의 전방 일측에 마련되며, 상기 팩 케이스(130) 내부의 배터리 셀들(110)을 냉각시키기 위한 냉각 공기를 상기 팩 케이스(130) 내부로 안내할 수 있다.
상기 냉각 공기 배출부(136)는 상기 팩 케이스(130)의 좌우측면 중 어느 일측면에 마련되며, 상기 팩 케이스(130) 내부에 안내된 냉각 공기를 상기 팩 케이스(130) 밖으로 내보낼 수 있다.
구체적으로, 상기 냉각 공기 배출부(136)는 상기 냉각 공기 유입부(132)가 구비되는 전방 일측의 반대편인 전방 타측 후방에 위치하는 상기 팩 케이스(130)의 일측면에 구비될 수 있다. 본 실시예의 경우, 상기 냉각 공기 유입부(132)가 상기 팩 케이스(130)의 전방 좌측에 구비되기에, 상기 냉각 공기 배출부(136)는 상기 팩 케이스(130)의 우측면에 마련될 수 있다. 이러한 상기 냉각 공기 배출부(136)는 각각의 배터리 팩(110)의 상기 일측면에 형성되는 복수 개의 타공홀들로 구비될 수 있다.
상기 랙 하우징(200)은 상기 복수 개의 배터리 팩들(100)을 수용할 수 있다. 이러한 상기 랙 하우징(200)은 상기 복수 개의 배터리 팩들(100)의 냉각을 위한 상기 냉각 공기의 출입을 위해 그 전방이 개방되게 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 냉각 공기는 보다 신속히 상기 배터리 팩들(100)의 상기 팩 케이스(130)의 전방에 마련되는 상기 냉각 공기 유입부(132)를 통해 상기 팩 케이스(130) 내부로 안내될 수 있다.
이러한 상기 랙 하우징(200)에는, 냉각 유로(210), 유출 방지 격벽(230) 및 냉각 팬(250)이 구비될 수 있다.
상기 냉각 유로(210)는 상기 냉각 공기의 유동을 위해 상기 랙 하우징(200) 내부의 좌우측면 중 어느 일측에 형성될 수 있다. 이러한 상기 냉각 유로(210)는 상기 랙 하우징(200)의 상하 방향을 따라 길게 형성되며, 상기 복수 개의 배터리 팩들(100)의 상기 냉각 공기 배출부(136)들과 마주 하게 배치될 수 있다.
상기 유출 방지 격벽(230)은 상기 복수 개의 배터리 팩들(100)에서 배출된 냉각 공기가 상기 복수 개의 배터리 팩들(100)로 역투입되는 것을 방지하기 위한 것으로서, 상기 복수 개의 배터리 팩들(100)과 상기 냉각 유로(210) 사이에 구비될 수 있다.
이러한 상기 유출 방지 격벽(230)은, 상기 복수 개의 배터리 팩들(100)의 상하 방향에 따른 적층 길이에 대응되는 높이를 가질 수 있다. 그리고, 상기 유출 방지 격벽(230)에는 각각의 배터리 팩(100)의 냉각 공기를 상기 냉각 유로(210)로 안내하는 복수 개의 가이드 개구들(235)이 형성될 수 있다. 상기 복수 개의 가이드 개구들(235)은 상기 복수 개의 배터리 팩들(100)의 상기 냉각 공기 배출부(136)의 개수에 대응되는 개수로 마련될 수 있다.
상기 냉각 팬(250)은 상기 냉각 유로(210) 내의 냉각 공기를 흡입하기 위한 것으로서, 상기 냉각 유로(210)의 최상단부에 구비될 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 냉각 팬(250)은 상기 냉각 유로(210) 내에 복수 개로 구비되어 상기 냉각 유로(210)의 길이 방향을 따라 소정 거리 이격 배치되는 것도 가능할 수 있다.
이하에서는, 이러한 상기 배터리 랙(10)에서 냉각을 위한 구체적인 냉각 공기의 흐름 경로에 대해 살펴 본다.
도 6 내지 도 8은 도 1의 배터리 랙의 냉각 공기의 흐름을 설명하기 위한 도면이다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 냉각 공기는 일반적인 공기 또는 별도의 냉각 공기로 구비될 수 있으며, 상기 배터리 랙(10)의 상기 랙 하우징(200) 전방에서 상기 배터리 팩들(100)을 향해 유동할 수 있다. 본 실시예의 경우, 상기 랙 하우징(200) 전방이 개방되어 있기에, 상기 냉각 공기는 보다 신속히 상기 배터리 팩들(100)로 안내될 수 있다.
이후, 상기 냉각 공기는, 먼저, 상기 배터리 팩들(10)의 상기 냉각 공기 유입부(132)를 통해 상기 팩 케이스(130) 내부로 유입될 수 있다. 상기 유입된 상기 냉각 공기는 상기 팩 케이스(130) 내에서 상기 배터리 셀들(110)을 냉각하면서 상기 냉각 공기 배출부(136)를 통해 상기 배터리 팩들(10) 밖으로 나갈 수 있다. 이때, 상기 냉각 공기의 유동은 대략 L자 형태일 수 있다.
그리고, 상기 냉각 공기 배출부들(136)을 나온 냉각 공기는 곧바로 상기 랙 하우징(200)의 상기 냉각 유로(210)로 안내될 수 있다. 이때, 상기 유출 방지 격벽(230)은 상기 냉각 공기의 상기 배터리 팩들(100) 방향으로의 역투입을 방지함과 아울러 상기 가이드 개구들(235)을 통해 상기 냉각 공기의 상기 냉각 유로(210)로의 진입을 안내할 수 있다.
이후, 상기 냉각 공기는 상기 냉각 유로(210) 최상단부에 구비되는 냉각 팬(250)의 구동을 통해 상기 냉각 유로(210)의 상측으로 유동할 수 있다.
본 실시예의 경우, 이처럼 상기 냉각 유로(210)가 상기 랙 하우징(200)의 좌우 측면 중 어느 일측면 내에 구비되고, 상기 냉각 팬(250)이 상기 배터리 팩들(100)의 전후방이 아닌 상기 랙 하우징(200)의 일측면에 구비되는 상기 냉각 유로(210)의 상단에 구비되는 구조이기에, 상기 랙 하우징(200)의 전후방에 별도의 냉각 팬이나 냉각 유로 구조가 요구되지 않는다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 상기 배터리 랙(10)에서는, 상기 랙 하우징(200)의 전후방에 냉각 팬이나 냉각 유로 적용을 위한 추가 공간이 필요하지 않기에, 상기 랙 하우징(200)의 전후방에서 상기 랙 하우징(200)의 부피가 현저히 줄어들 수 있다.
이러한 상기 랙 하우징(200)의 부피 감소에 따라, 본 실시예에 따른 상기 배터리 랙(10)은 보다 더 슬림한 구조를 구현하면서 에너지 밀도를 높일 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 상기 배터리 랙(10)에서는, 상기 랙 하우징(200)의 전방 및 후방 공간에 냉각 팬이 구비되지 않기에, 상기 냉각 팬의 압력 손실도 줄일 수 있어, 상기 냉각 팬의 압력 손실에 따른 냉각 성능 저하가 방지될 수 있다.
이상 살펴 본 실시예들에 따라, 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 배터리 랙(10) 및 이를 포함하는 전력 저장 장치를 제공할 수 있다. 아울러, 냉각 성능을 확보하면서 에너지 밀도를 높일 수 있는 배터리 랙(10) 및 이를 포함하는 전력 저장 장치를 제공할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.
10: 배터리 랙
100: 배터리 팩
110: 배터리 셀
130: 팩 케이스
132: 냉각 공기 유입부
136: 냉각 공기 배출부
200: 랙 하우징
210: 냉각 유로
230: 유출 방지 격벽
235: 가이드 개구
250: 냉각 팬

Claims (9)

  1. 배터리 랙에 있어서,
    상호 적층되는 복수 개의 배터리 팩; 및
    상기 복수 개의 배터리 팩을 수용하고, 상기 복수 개의 배터리 팩의 냉각을 위한 냉각 공기의 유입을 위해 전방이 개방되며, 내부의 좌우측면 중 어느 일측에 상기 냉각 공기의 유동을 위한 냉각 유로가 형성되는 랙 하우징;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 배터리 팩은, 각각,
    전방에 냉각 공기의 유입을 위한 냉각 공기 유입부가 마련되고, 좌우측면 중 어느 일측면에 상기 냉각 공기를 내보내기 위한 냉각 공기 배출부가 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 랙 하우징의 상기 냉각 유로는,
    상기 복수 개의 배터리 팩의 상기 냉각 공기 배출부와 마주 하게 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 냉각 공기 배출부는,
    각각의 배터리 팩의 상기 일측면에 형성되는 복수 개의 타공홀들로 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 배터리 팩과 상기 냉각 유로 사이에는,
    상기 냉각 공기가 상기 복수 개의 배터리 팩들로 역투입되는 것을 방지하기 위한 유출 방지 격벽;이 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 유출 방지 격벽은,
    상기 복수 개의 배터리 팩의 적층 길이에 대응되는 높이를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 유출 방지 격벽에는,
    각각의 배터리 팩의 냉각 공기를 상기 냉각 유로로 안내하는 복수 개의 가이드 개구들이 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 유로의 상단부에는,
    상기 냉각 유로 내의 냉각 공기를 흡입하기 위한 냉각 팬;이 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  9. 제1항에 따른 적어도 하나의 배터리 팩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 장치.


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