CN114097132A - 电池架以及包括该电池架的能量存储设备 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的实施例的电池架包括：多个电池模块；电池架壳体，该电池架壳体用于容纳所述多个电池模块；冷却剂罐，该冷却剂罐被设置在所述电池架壳体的上侧，并且设置有预定制冷剂；管道单元，该管道单元将所述冷却剂罐连接到所述多个电池模块；以及阀单元，当所述多个电池模块中的至少一个电池模块的温度高于或等于预定温度时，该阀单元被打开，以将制冷剂供应到高于或等于预定温度的电池模块，由此将所述冷却剂罐的制冷剂排出到所述管道单元。

Description

电池架以及包括该电池架的能量存储设备
技术领域
本公开涉及一种电池架和一种包括该电池架的能量存储系统。
本申请要求2019年7月17日在韩国提交的韩国专利申请10-2019-0086397号的优先权，其公开内容通过引用并入本文。
背景技术
二次电池高度适用于各种产品，并且表现出诸如高能量密度等优异的电气特性，二次电池不仅常用于便携式设备，还用于由电源驱动的电动车辆(EV)或混合动力电动车辆(HEV)。二次电池作为一种提高环境友好性和能量效率的新能源正在引起关注，因为能够大大减少化石燃料的使用，并且在能量消耗期间不会产生副产品。
目前广泛使用的二次电池包括锂离子电池、锂聚合物电池、镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池等。单元二次电池单体、即单元电池单体的工作电压约为2.5V至4.5V。因此，如果需要更高的输出电压，可以将多个电池单体串联连接以构成电池组。另外，根据电池组所需的充电/放电容量，多个电池单体可以被并联连接以构成电池组。因而，可以根据所需的输出电压或需要的充电/放电容量而不同地设定电池组中包括的电池单体的数量。
同时，当多个电池单体被串联或并联连接以构成电池组时，通常首先构造包括至少一个电池单体的电池模块，然后通过使用至少一个电池模块并添加其他部件来构造电池架。这里，根据各种电压和容量需求，能量存储系统可以被构造成包括至少一个电池架，所述至少一个电池架包括至少一个电池模块。
在传统的电池架的情况下，当电池架壳体中的多个电池模块中的至少一个电池模块中发生异常情况时，在发生异常情况的电池模块中可能发生着火。
当在电池模块中的任一个电池模块中发生着火时，如果火焰和热量传播到与其相邻的周围的电池模块，则可能导致额外的着火，从而导致严重的财产损坏或严重的人身伤害。
因此，需要一种方法以提供一种能够在至少一个电池模块着火时更快速地防止火焰和热量传播到相邻的电池模块的电池架以及一种包括该电池架的电力存储装置。
发明内容
技术问题
因此，本公开涉及提供一种电池架和一种包括该电池架的能量存储系统，该电池架可以在至少一个电池模块中发生着火时更快速地防止火焰和热量传播到相邻的电池模块。
技术方案
在本公开的一个方面中，提供一种电池架，该电池架包括：多个电池模块，所述多个电池模块沿着所述电池架的上下方向彼此堆叠，并且分别具有至少一个电池单体；电池架壳体，该电池架壳体被构造成容纳所述多个电池模块；冷却剂罐，该冷却剂罐被设置在所述电池架壳体的上侧，并且容纳预定冷却剂；管道单元，该管道单元被构造成将所述冷却剂罐和所述多个电池模块连接；以及阀单元，该阀单元被设置在所述管道单元和冷却剂罐之间，并且该阀单元被构造成：当所述多个电池模块中的至少一个电池模块具有超过预定温度的温度时，所述阀单元被打开，以将所述冷却剂罐的冷却剂排出到所述管道单元，使得冷却剂被供应到超过预定温度的电池模块。
所述电池架还可以包括至少一个温度传感器，所述至少一个温度传感器被设置到所述电池架壳体，以感测所述多个电池模块的温度。
所述阀单元可以包括：阀体，该阀体被构造成将所述冷却剂罐和管道单元连接，并且具有用于冷却剂的流动的阀流动路径；以及开/关阀，该开/关阀被设置成在所述阀体中被打开或关闭，并且该开/关阀被构造成：当所述多个电池模块的温度低于预定温度时，该开/关阀关闭阀流动路径，并且当所述多个电池模块中的至少一个电池模块的温度高于预定温度时，该开/关阀打开阀流动路径。
所述电池架还可以包括控制单元，该控制单元电连接到所述至少一个温度传感器和阀单元，以控制所述阀单元的操作。
所述管道单元可以包括：主管道，该主管道连接到所述阀单元；以及多个模块管道，所述多个模块管道连接到所述主管道，并且分别连接到所述电池模块。
所述主管道可以沿着所述电池架壳体的上下方向伸长，以具有预定长度。
所述多个模块管道可以被设置成沿着所述电池架壳体的上下方向彼此间隔开预定距离。
所述主管道可以包括液压调节单元，该液压调节单元被构造成根据所述主管道的高度来调节液压。
所述液压调节单元可以被设置到所述主管道的内壁，并且在所述主管道的上下方向上被分别设置在所述多个模块管道之间。
所述冷却剂可以是水。
此外，本公开还提供一种能量存储系统，该能量存储系统包括至少一个根据上述实施例的电池架。
有益效果
根据上述各种实施例，能够提供一种电池架和一种包括该电池架的能量存储系统，当在至少一个电池模块中发生着火时，该电池架可以更快速地防止火焰和热量传播到相邻的电池模块。
附图说明
附图示出本公开的优选实施例，并且与前述公开内容一起用于提供对本公开的技术特征的进一步理解，因此，本公开不被解释为限于附图。
图1是用于示出根据本公开实施例的电池架的视图。
图2是用于示出图1的能量存储系统的电池架的管道单元的视图。
图3是示出图2的管道单元的局部截面图。
图4是示出沿着线A-A’截取的图2的管道单元的截面图。
图5和图6是用于示出根据图2的管道单元的各种实施例的液压调节单元的视图。
图7是用于示出图1的电池架的阀单元的视图。
图8至图10是用于示出当图1的电池架的至少一个电池模块被异常加热时的电池架的操作的视图。
图11是用于示出根据本公开实施例的能量存储系统的视图。
具体实施方式
通过参考附图详细地描述本公开的实施例，本公开将变得更显而易见。应理解，本文所公开的实施例仅是为了更好地理解本公开，并且可以以各种方式修改本公开。另外，为了容易理解本公开，附图未按实际比例绘制，而是可能夸大了一些部件的尺寸。
图1是用于示出根据本公开实施例的电池架的视图，图2是用于示出图1的能量存储系统的电池架的管道单元的视图，图3是示出图2的管道单元的局部截面图，图4是示出沿着线A-A’截取的图2的管道单元的截面图，图5和图6是用于示出根据图2的管道单元的各种实施例的液压调节单元的视图，图7是用于示出图1的电池架的阀单元的视图。
参照图1至图7，电池架10可以包括电池模块100、电池架壳体200、冷却剂罐300、管道单元400、阀单元500、温度传感器600和控制单元700。
所述电池模块100可以被设置成多个。所述多个电池模块100可以沿着所述电池架10的上下方向彼此堆叠。多个电池模块100中的每一个电池模块可以包括至少一个电池单体110。下文中，在该实施例中，多个电池模块100中的每一个电池模块将被描述为包括多个电池单体110。
多个电池单体110可以被分别设置成二次电池。具体地，所述多个电池单体110可以包括袋型二次电池、方形二次电池以及圆柱形二次电池中的至少一种。下文中，在该实施例中，将描述多个电池单体110为袋型二次电池的情形。
所述电池架壳体200可以容纳多个电池模块100。所述电池架壳体200可以容纳在上下方向上彼此堆叠的多个电池模块100。
所述冷却剂罐300可以被设置到所述电池架壳体200的上侧。所述冷却剂罐300可以在其中包含预定的冷却剂。因而，可以在所述冷却剂罐300中设置能够容纳所述冷却剂的容纳空间。这里，所述冷却剂可以被提供为液体冷却剂。作为示例，所述冷却剂可以是水。下文中，在该实施例中，所述冷却剂将被描述为水。
所述管道单元400可以将所述冷却剂罐300和多个电池模块100连接。所述管道单元400可以引导所述冷却剂罐300的冷却剂(即，水)，从而将该冷却剂供应给多个电池模块100。
所述管道单元400可以包括主管道410、模块管道430以及液压调节单元450。
所述主管道410连接到稍后解释的阀单元500，并且可以沿着所述电池架壳体200的上下方向伸长，以具有预定长度。所述主管道410可以与所述电池架壳体200间隔开预定间距。
所述模块管道430连接到所述主管道410，并且可以从所述主管道410在水平方向上设置。所述模块管道430被设置成多个，并且多个模块管道430可以分别连接到所述电池模块100。
多个模块管道430可以被设置成沿着所述电池架壳体200的上下方向彼此间隔开预定距离。多个模块管道430可以将所述主管道410和多个电池模块100彼此连接。
多个模块管道430中的每一个模块管道可以包括模块阀435。
所述模块阀435可以被设置到每一个模块管道430的内部流动路径中，以被打开或关闭。所述模块阀435可以电连接到稍后解释的控制单元700。可以根据稍后解释的控制单元700的控制来操作每一个模块阀435，以打开或关闭所述模块管道430的内部流动路径。
同时，所述模块阀435也可以被构造成以不同于所述控制单元700的控制的方式来打开或关闭。作为示例，所述模块阀435可以被设置成如下构件：在该构件被安装在所述模块管道430中以关闭所述模块管道430的内部流动路径的状态下，当所述电池模块100被异常加热时，该构件在预设温度或更高温度下熔化或切断，以打开所述模块管道430的内部流动路径。
所述液压调节单元450用于根据所述主管道410的高度来调节液压，并且可以被设置在所述主管道410的内壁。具体地，所述液压调节单元450可以被设置成多个，并且多个液压调节单元450可以在所述主管道410的上下方向上被分别设置在多个模块管道430之间。
多个液压调节单元450可以被形成为从所述主管道410的内壁向所述主管道410的中心部突出预定长度。与不具有多个液压调节单元450的主管道410的内径相比，具有多个液压调节单元450的主管道410的内径可以相对减小。因而，在多个模块管道430之间具有多个液压调节单元450的主管道410的空间中，可以发生管道损失(pipe loss)。当水流过主管道410时，这种管道损失抵消了由重力增加的压力，使得无论在多个模块管道430的任何位置处的高度如何，都可以更均匀地供应水。
即，由于通过多个液压调节单元450而根据所述主管道410的高度来调节液压，所以当供应水时，可以在多个电池模块100的任何位置处均匀地供给水，所述任何位置包括多个电池模块100的上侧、下侧和中心侧。因此，无论所述电池模块100的高度如何，多个液压调节单元450都可以将水引导为以均匀通量输入。
同时，多个液压调节单元450还可以具有能够引起所述主管道410的管道损失的其他结构。即，如图5中所示，多个液压调节单元460可以被设置成在径向方向上从所述主管道410的内壁朝向所述主管道410的中心突出的多个肋，并且，如图6中所示，多个液压调节单元470可以被设置成其中形成有多个孔的盘形。
所述阀单元500被设置在所述管道单元400和冷却剂罐300之间，并且当多个电池模块100中的至少一个电池模块100具有预定温度或更高温度时，可以打开所述阀单元500，以将所述冷却剂罐300中的水供给到所述管道单元400，使得水被供给到超过预定温度的电池模块100。
所述阀单元500可以包括阀体510和开/关阀530。
所述阀体510可以将所述冷却剂罐300和管道单元400连接。用于水的流动的阀流动路径515可以被设置在所述阀体510的内部。
所述开/关阀530被设置成在所述阀体510中被打开或关闭，并且可以被设置在所述冷却剂罐300的附近。当多个电池模块100的温度低于预定温度时，所述开/关阀530可以关闭阀所述流动路径515，并且当多个电池模块100中的至少一个电池模块100的温度高于预定温度时，所述开/关阀530可以打开阀流动路径515。
所述温度传感器600被设置到所述电池架壳体200，并且可以感测多个电池模块100的温度。所述温度传感器600可以被设置成多个。多个温度传感器600可以分别靠近所述电池模块100设置。
所述控制单元700可以被电连接到多个电池模块100、多个温度传感器600、模块阀435、阀单元500以及电池架10的各种电气部件，以控制所述电池架10的操作。例如，当由于多个电池模块100中的至少一个电池模块100的异常发热而发生火灾时，所述控制单元700可以控制所述阀单元500的开/关阀530的操作以及被连接到发生异常发热的至少一个电池模块100的所述模块管道430的模块阀435的操作。
在下文中，将更详细地描述当根据该实施例的电池架10的至少一个电池模块100被异常加热时的电池架10的操作。
图8至图10是用于示出当图1的电池架的至少一个电池模块被异常加热时的电池架的操作的视图。
参照图8至图10，由于所述电池架10的多个电池模块100中的至少一个电池模块100的异常发热，温度可能迅速升高。当在被异常加热的电池模块100中发生火灾时，如果火灾转移到相邻的电池模块100，则可能会发生诸如整个电池架10爆炸的更大的风险，因此需要快速地阻断火灾的转移。即，当至少一个电池模块100着火时，需要更快速地阻断火焰和热量朝向相邻电池模块100传播。
在该实施例中，当由于所述电池架10的多个电池模块100中的至少一个电池模块100中的异常发热而导致温度升高时，首先，在由于异常发热等而温度升高的电池模块100的附近的温度传感器600可以感测到温度升高。之后，如果由所述温度传感器600感测到的温度高于预设的预定温度，则所述控制单元700可以打开所述阀单元500的开/关阀530以及连接到被加热到预设的预定温度以上的电池模块100的模块管道430的模块阀435。
当所述阀单元500的开/关阀530被打开时，所述冷却剂罐300中包含的水W可以沿着所述阀单元500的阀体510的阀流动路径515被供应到所述管道单元400。
之后，被供应到所述管道单元400的主管道410的水W可以朝向多个模块管道430中的、模块阀435被打开的模块管道430流动，并且被供应到被异常加热的电池模块100。
因而，水被供应到被异常加热的电池模块100，使得可以更快地冷却具有异常热量的电池模块100。即，在该实施例中，通过使用所述冷却剂罐300中的水，从而当发生诸如异常发热的情况时，可以通过向被异常加热的电池模块100供应水来实现紧急冷却。因而，当电池模块100中的至少一个电池模块着火时，可以更快地防止火焰和热量传播到相邻的电池模块100。
同时，在供应水时，被设置到所述主管道410的多个液压调节单元450可以根据所述主管道410的高度来调节液压，使得在多个电池模块100的任何位置处以相同的通量供应水。即，在该实施例中，无论堆叠的电池模块100的高度如何，都能够通过多个液压调节单元450来引导水W均匀地输入。
换言之，在供应水以冷却被异常加热的电池模块100时，无论堆叠高度如何，都可以通过所述液压调节单元450引导水以均匀通量输入，即使堆叠高度不同也是如此，例如在堆叠的电池模块100中的上侧处的电池模块100被异常加热的情况下、在下侧处的电池模块100被异常加热的情况下、在中心处的电池模块100被异常加热的情况下等等。
通过使用上述多个液压调节单元450，当堆叠在上侧处的电池模块100被异常加热时供应的水、当堆叠在下侧处的电池模块100被异常加热时供应的水以及当堆叠在中心处的电池模块100时被异常加热时供应的水均可以以均匀的通量供应。
图11是用于示出根据本公开实施例的能量存储系统的视图。
参照图11，所述能量存储系统1是能量源，并且可以用于家庭或工业用途。所述能量存储系统1可以包括至少一个前述实施例的电池架10或者多个该实施例中的电池架10以及用于容纳多个电池架10的电池架容器50。
同时，用于连接所述冷却剂罐的通量补充单元800可以分别被设置在多个电池架10之间。当任一个电池架10的冷却剂罐中的水减少时，所述通量补充单元800可以从相对充满水的冷却剂罐将水供应到水减少的冷却剂罐。
由于根据该实施例的能量存储系统1包括前述实施例的电池架10，所以能够提供包括前述实施例的电池架10的所有优点的能量存储系统1。
根据如上所述的各种实施例，能够提供一种电池架10和一种包括电池架10的能量存储系统1，当在至少一个电池模块100中发生着火时，该电池架10可以更快速地防止火焰和热量传播到相邻的电池模块100。
虽然已经示出和描述了本公开的实施例，但是应理解，本公开不限于所描述的具体实施例，并且本领域技术人员可以在本公开的范围内做出各种改变和修改，并且不应与本公开的技术思想和观点分开地理解这些修改。

Claims (11)

1.一种电池架，包括：
多个电池模块，所述多个电池模块沿着所述电池架的上下方向彼此堆叠，并且分别具有至少一个电池单体；
电池架壳体，所述电池架壳体被构造成容纳所述多个电池模块；
冷却剂罐，所述冷却剂罐被设置到所述电池架壳体的上侧，并且容纳预定的冷却剂；
管道单元，所述管道单元被构造成将所述冷却剂罐和所述多个电池模块连接；以及
阀单元，所述阀单元被设置在所述管道单元和所述冷却剂罐之间，并且所述阀单元被构造成：当所述多个电池模块中的至少一个电池模块具有超过预定温度的温度时，所述阀单元被打开，以将所述冷却剂罐的所述冷却剂排出到所述管道单元，使得所述冷却剂被供应到超过所述预定温度的所述电池模块。
2.根据权利要求1所述的电池架，还包括至少一个温度传感器，所述至少一个温度传感器被设置到所述电池架壳体，以感测所述多个电池模块的温度。
3.根据权利要求2所述的电池架，其中，所述阀单元包括：
阀体，所述阀体被构造成将所述冷却剂罐和所述管道单元连接，并且具有用于所述冷却剂的流动的阀流动路径；以及
开/关阀，所述开/关阀被设置成在所述阀体中被打开或关闭，并且所述开/关阀被构造成：当所述多个电池模块的温度低于所述预定温度时，所述开/关阀关闭所述阀流动路径，并且当所述多个电池模块中的至少一个电池模块的温度高于所述预定温度时，所述开/关阀打开所述阀流动路径。
4.根据权利要求3所述的电池架，还包括控制单元，所述控制单元被电连接到所述至少一个温度传感器和所述阀单元，以控制所述阀单元的操作。
5.根据权利要求1所述的电池架，其中，所述管道单元包括：
主管道，所述主管道连接到所述阀单元；以及
多个模块管道，所述多个模块管道连接到所述主管道，并且分别连接到所述电池模块。
6.根据权利要求5所述的电池架，其中，所述主管道沿着所述电池架壳体的上下方向伸长，以具有预定长度。
7.根据权利要求5所述的电池架，其中，所述多个模块管道被设置成沿着所述电池架壳体的上下方向彼此间隔开预定距离。
8.根据权利要求7所述的电池架，其中，所述主管道包括液压调节单元，所述液压调节单元被构造成根据所述主管道的高度来调节液压。
9.根据权利要求8所述的电池架，其中，所述液压调节单元被设置到所述主管道的内壁，并且在所述主管道的上下方向上被分别设置在所述多个模块管道之间。
10.根据权利要求1所述的电池架，其中，所述冷却剂是水。
11.一种能量存储系统，包括至少一个根据权利要求1所述的电池架。
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