JP2022536132A - 迅速に冷却可能な構造を有するバッテリーモジュール及びそれを含むエネルギー貯蔵システム - Google Patents

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Abstract

本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールは、複数のバッテリーセルを含むセル積層体及びセル積層体の一側と他側にそれぞれ結合される一対のバスバーフレームを含むサブモジュールと、サブモジュールを収容し、空気循環のために形成された空気入口及び空気出口を備えるモジュールハウジングと、セル積層体の積層方向の一側でモジュールハウジングを貫通するスプリンクラーと、スプリンクラーを通ってモジュールハウジング内部に流れ込んだ冷却水の浮力によって動いて空気出口を閉鎖する出口閉鎖装置と、を含む。

Description

本発明は、迅速に冷却可能な構造を有するバッテリーモジュール及びそれを含むＥＳＳ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ、エネルギー貯蔵システム）に関し、より具体的には、バッテリーモジュール内でベンティングガス（ｖｅｎｔｉｎｇ ｇａｓ）が流出し、それによってスプリンクラーが作動したとき、消火及び冷却のための冷却流体（例えば、冷却水）の水位が迅速に上昇できる構造を有するバッテリーモジュール及びそれを含むＥＳＳに関する。
本出願は、２０２０年３月５日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２０－００２７８９９号に基づく優先権を主張し、当該出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に組み込まれる。
現在、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、リチウム二次電池などの二次電池が商用化しているが、中でもリチウム二次電池はニッケル系列の二次電池に比べてメモリ効果が殆ど起きず充放電が自在であって、自己放電率が非常に低くてエネルギー密度が高いという長所から脚光を浴びている。
このようなリチウム二次電池は、主に、リチウム系酸化物と炭素材をそれぞれ正極活物質と負極活物質として使用する。リチウム二次電池は、このような正極活物質と負極活物質がそれぞれ塗布された正極板と負極板とがセパレータを介在して配置された電極組立体、及び電極組立体を電解液とともに封止収納する外装材、すなわち電池パウチ外装材を備える。
近年、携帯型電子機器のような小型装置だけでなく、自動車や電力貯蔵装置のような中大型装置にも二次電池が広く適用されている。中大型装置に適用される場合、容量及び出力を高めるため、多数の二次電池が電気的に接続される。特に、中大型装置には積層し易いという長所からパウチ型二次電池が多く用いられる。
一方、近来、エネルギー貯蔵源としての活用を含めて大容量構造の必要性が高まるにつれて、電気的に直列及び／または並列で接続された複数の二次電池を含むバッテリーモジュールに対する需要が増加している。
また、このようなバッテリーモジュールは、複数の二次電池を外部の衝撃から保護するか又は収納保管するため、一般に金属材質の外部ハウジングを備える。一方、高容量バッテリーモジュールの需要は益々増加している。
高容量のバッテリーモジュールの場合、内部のバッテリーセルのうち少なくとも一部でベンティング（ｖｅｎｔｉｎｇ）が発生してバッテリーモジュールの内部温度が上昇すると、多大な被害を引き起こし得る。すなわち、高容量バッテリーモジュールは、内部温度の上昇によって熱暴走現象が発生すると、温度が急激に上昇し、それによって大規模の発火及び／または爆発につながるおそれがある。
そこで、バッテリーモジュール内でバッテリーセルのベンティングによる非正常な温度上昇が起きても直ちに措置できるように、迅速且つ完全な消火技術の開発が求められている。
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、バッテリーモジュール内でベンティングガスが流出し、それによってスプリンクラーが作動したとき、消火及び冷却のための冷却流体（例えば、冷却水）の水位を素早く上昇させて迅速な消火及び冷却を可能にすることを目的とする。
本発明が解決しようとする技術的課題は上記の課題に制限されず、その他の課題は下記の発明の説明から当業者に明確に理解できるであろう。
上記の課題を達成するため、本発明の一態様によるバッテリーモジュールは、複数のバッテリーセルを含むセル積層体及びセル積層体の一側と他側にそれぞれ結合される一対のバスバーフレームを含むサブモジュールと、サブモジュールを収容し、空気循環のために形成された空気入口（ａｉｒ ｉｎｌｅｔ）及び空気出口（ａｉｒ ｏｕｔｌｅｔ）を備えるモジュールハウジングと、セル積層体の積層方向の一側でモジュールハウジングを貫通するスプリンクラーと、スプリンクラーを通ってモジュールハウジング内部に流れ込んだ冷却水の浮力によって動いて空気出口を閉鎖する出口閉鎖装置と、を含む。
出口閉鎖装置は、モジュールハウジングの内面に形成される固定バーと、固定バーにヒンジ結合される密閉ドアと、密閉ドアに取り付けられる浮力部材と、を含み得る。
固定バーは少なくとも二つ以上のガイド溝を備え、密閉ドアはガイド溝の個数に対応する個数の摺動ボールを備え、摺動ボールはガイド溝に挿入されてガイド溝の延長方向に沿ってその動きがガイドされ得る。
ガイド溝は、空気出口に向かう方向に沿って上向きに傾いた形態を有し得る。
空気出口は、モジュールハウジングを貫通して形成された複数の孔を含み、密閉ドアは、孔に対応する形状及びサイズを有する複数の挿入突起を備え得る。
バッテリーモジュールは、空気入口の内側に配置され、バッテリーモジュール内に流れ込んだ冷却流体との接触によって膨張して空気入口を少なくとも部分的に閉鎖する膨張パッドを含み得る。
膨張パッドは、モジュールハウジングの内面に取り付けられ得る。
膨張パッドは、モジュールハウジングの内面に形成された収容溝内に少なくとも一部が挿入され得る。
バッテリーモジュールは、膨張パッドの両側にそれぞれ配置されて膨張パッドの膨張のための動きをガイドするメッシュプレートを含み得る。
バッテリーモジュールは、モジュールハウジング内の空いた空間に配置されてモジュールハウジングの内部温度の上昇によって熱膨張する熱膨張ブロックを含み得る。
スプリンクラーは、モジュールハウジングの外側に位置し、冷却流体を供給する供給管と連結されるカプラと、モジュールハウジングの内側に位置し、カプラと連結されるスプリンクラーヘッドと、モジュールハウジングに固定される固定部、及び接着層によって固定部に固定されて基準温度以上で接着層の接着力が喪失または低下することによって固定部から分離されるカバー部を含む絶縁カバーと、を含み得る。
カバー部は、固定部とヒンジ結合され、基準温度以上でヒンジ結合部位を中心にしてスプリンクラーヘッドの下方に回転して開放され得る。
一方、本発明の他の一態様によるエネルギー貯蔵システムは、本発明の一態様によるバッテリーモジュールを複数個含む。
本発明の一態様によれば、バッテリーモジュール内でベンティングガスが流出し、それによってスプリンクラーが作動したとき、消火及び冷却のための冷却流体（例えば、冷却水）の水位を素早く上昇させることで迅速な消火及び冷却が可能になる。
本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施形態を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするものであるため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールを示した斜視図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールを示した斜視図である。 図１及び図２に示されたバッテリーモジュールの内部構造を示した図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの内部構造を示した図であって、本発明に適用される熱膨張ブロックを示した図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの内部構造を示した図であって、本発明に適用される熱膨張ブロックを示した図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの内部構造を示した図であって、本発明に適用される絶縁カバーが開放された様子を示した図である。 本発明に適用される絶縁カバーを示した斜視図である。 本発明に適用される出口閉鎖装置を示した図である。 本発明に適用される出口閉鎖装置を示した図である。 本発明に適用される出口閉鎖装置を示した図である。 本発明に適用される出口閉鎖装置を示した図である。 本発明に適用される密閉ドア及び浮力部材を示した図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの部分正面図であって、バッテリーモジュール内に配置される膨張パッドを示した図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの部分側断面図であって、バッテリーモジュール内に配置される膨張パッドを示した図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの部分側断面図であって、バッテリーモジュール内に配置される膨張パッドを示した図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの部分側断面図であって、バッテリーモジュール内に配置される膨張パッドを示した図である。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。したがって、本明細書に記載された実施形態及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施形態に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。
まず、全体図面を参照すると、本発明の一実施形態によるバッテリーモジュール１は、複数のバッテリーセル１００、バスバーフレーム２００、モジュールハウジング３００、空気入口４００、空気出口５００、スプリンクラー６００及び出口閉鎖装置７００（図８を参照）を含む。また、バッテリーモジュール１は、熱膨張ブロックＢ及び／または膨張パッドＥをさらに含むことができる。
図３～図６を参照すると、バッテリーセル１００は、複数個備えられ、複数のバッテリーセル１００は積層されて一つのセル積層体を構成する。バッテリーセル１００としては、例えばパウチ型バッテリーセルが適用され得る。バッテリーセル１００は、長手方向（図面のＹ軸に平行な方向）の両側にそれぞれ引き出される一対の電極リード１１０を備える。一方、図示していないが、セル積層体は、必要に応じて隣接したバッテリーセル１００同士の間に備えられる緩衝パッドをさらに含んでもよい。このような緩衝パッドは、セル積層体をモジュールハウジング３００内に収容するとき、セル積層体を圧縮した状態で収容可能にし、これによって外部の衝撃による動きを制限でき、さらにバッテリーセル１００の膨れ（ｓｗｅｌｌｉｎｇ）現象を抑制することができる。
図３～図６を参照すると、バスバーフレーム２００は、一対で備えられ、それぞれのバスバーフレーム２００は、セル積層体の幅方向（図面のＹ軸に平行な方向）の一側及び他側を覆う。バッテリーセル１００の電極リード１１０は、バスバーフレーム２００に形成されたスリットを通って引き出され、折り曲げられてバスバーフレーム２００に備えられたバスバー上に溶接などによって固定される。すなわち、複数のバッテリーセル１００同士はバスバーフレーム２００に備えられたバスバーによって直列、並列または直列と並列とが混合された形態で接続され得る。
セル積層体とバスバーフレーム２００とは、相互結合されて一つのサブモジュールを構成する。
図１～図３を参照すると、モジュールハウジング３００は、略直方体状を有し、内部にセル積層体とバスバーフレーム２００との結合体、すなわちサブモジュールを収容する。モジュールハウジング３００は、サブモジュールの下面及び上面（Ｘ－Ｙ平面に平行な面）をそれぞれ覆う一対のベースカバー３１０、サブモジュールの側面（Ｘ－Ｚ平面に平行な面）をそれぞれ覆う一対のサイドカバー３２０、サブモジュールの前面（Ｙ－Ｚ平面に平行な面）を覆うフロントカバー３３０、及びサブモジュールの後面（Ｙ－Ｚ平面に平行な面）を覆うリアカバー３４０を含む。
図１～図３を参照すると、空気入口４００は、セル積層体の積層方向（Ｘ軸に平行な方向）の一側、すなわちバッテリーモジュール１の長手方向の一側に形成され、フロントカバー３３０を貫通する孔状で形成される。空気出口５００は、セル積層体の積層方向の他側、すなわちバッテリーモジュール１の長手方向の他側に形成され、リアカバー３４０を貫通する複数の孔を含む。空気入口４００と空気出口５００とは、バッテリーモジュール１の長手方向（Ｘ軸に平行な方向）に沿って対角線上の反対側に位置する。
図３を参照すると、バスバーフレーム２００とサイドカバー３２０との間には空いた空間が形成される。すなわち、モジュールハウジング３００の六つの面のうちサブモジュールの幅方向（Ｙ軸に平行な方向）の一側及び他側に対面する面とバスバーフレーム２００との間には、バッテリーセル１００の冷却のための空気が流動可能な空いた空間が形成される。該空いた空間は、バッテリーモジュール１の幅方向（Ｙ軸に平行な方向）の両側にそれぞれ形成される。
空気入口４００はバッテリーモジュール１の幅方向（Ｙ軸に平行な方向）の一側に形成される空いた空間に対応する位置に形成され、空気出口５００はバッテリーモジュール１の幅方向の他側に形成される空いた空間に対応する位置に形成される。
バッテリーモジュール１において、空気入口４００を通って内部に流れ込んだ空気は、バッテリーモジュール１の幅方向の一側に形成された空いた空間からバッテリーモジュール１の幅方向の他側に形成された空いた空間に移動しながらバッテリーセル１００を冷却させた後、空気出口５００を通って外部に流れ出る。すなわち、バッテリーモジュール１は空冷式バッテリーモジュールに該当する。
一方、本発明において、空気入口４００は、その名称と異なり、冷却に用いられて温度が上昇した空気が流れ出る通路として用いられてもよく、空気出口５００も、その名称と異なり、冷却のための外部の空気が流れ込む通路として用いられてもよい。すなわち、空気入口４００には強制換気のためのインペラが設けられ得るが、インペラの回転方向によって空気の循環方向が変わり得る。
図３、図６及び図７を参照すると、スプリンクラー６００は、例えば冷却水のような冷却流体を供給する供給管（図示せず）と連結され、バッテリーモジュール１の内部温度及び内部気体の流速が一定水準以上になったとき作動してバッテリーモジュール１の内部に冷却流体を供給する。すなわち、スプリンクラー６００は、バッテリーセル１００に異常が生じてベンティングが発生し、それによって高温のガスが排出されると、それを感知して作動する。このようにスプリンクラー６００が作動すれば、バッテリーモジュール１の内部に冷却流体が供給されてバッテリーセル１００の過熱による発火及び／または爆発を防止することができる。
スプリンクラー６００の一部はリアカバー３４０の外側に露出し、他部はリアカバー３４０を貫通してバスバーフレーム２００とサイドカバー３２０との間に形成される空いた空間内に位置する。スプリンクラー６００は、リアカバー３４０の長手方向（Ｙ軸に平行な方向）の一側に形成された空気出口５００の反対側に設けられる。
スプリンクラー６００は、カプラ６１０、スプリンクラーヘッド６２０及び絶縁カバー６３０を含む。カプラ６１０は、モジュールハウジング３００の外側に位置し、冷却流体を供給する供給管（図示せず）と連結される。すなわち、カプラ６１０は、外部供給管を締結するための金属材質の部品である。スプリンクラーヘッド６２０は、モジュールハウジング３００の内側に位置し、カプラ６１０と連結される。絶縁カバー６３０は、スプリンクラーヘッド６２０を覆うことで、スプリンクラーヘッド６２０がバッテリーセル１００の電極リード１１０及び／またはバスバーフレーム２００のバスバーと直接接触して短絡が発生することを防止する。
スプリンクラーヘッド６２０は、ガラスバルブ（ｇｌａｓｓ ｂｕｌｂ）６２１及びホルディングブラケット６２２を含む。
ガラスバルブ６２１は、カプラ６１０の冷却流体噴射口Ｐを遮断し、バッテリーモジュール１の内部温度及びベンティングガスによって温度が上昇した内部気体の流速が基準値以上になると破断して冷却流体噴射口Ｐを開放させる。すなわち、ガラスバルブ６２１は、内部に温度上昇によって膨張する液体を含んでおり、該液体はバッテリーモジュール１内のバッテリーセル１００のうち少なくとも一部でベンティングが発生して高温のベンティングガスがバッテリーモジュール１の内部を満たすと膨張する。このような液体の膨張によってガラスバルブ６２１の内圧が上昇すると同時に、ガラスバルブ６２１の外部で高圧のベンティングガスによる気体の外力がともに作用すれば、ガラスバルブ６２１が破損され、それによって冷却流体噴射口Ｐを通って冷却流体がモジュールハウジング３００の内部を満たすようになる。ホルディングブラケット６２２は、金属材質であって、ガラスバルブ６２１を囲んでガラスバルブ６２１が動かないように固定する。
絶縁カバー６３０は、固定部６３１及びカバー部６３２を含む。固定部６３１は、リアカバー３４０にクリップ固定方式で取り付けられる。すなわち、固定部６３１の一部はリアカバー３４０の外側に位置し、他部はリアカバー３４０の内側に位置する。カバー部６３２は、固定部６３１から略垂直方向に延びてスプリンクラーヘッド６２０を覆う。
カバー部６３２は、セル積層体及びバスバーフレーム２００と対面する第１領域６３２ａ、及び第１領域を除いた残りの第２領域６３２ｂを含む。第１領域６３２ａは、覆われた面積が開放された面積よりも広く形成され、第２領域６３２ｂは、覆われた面積より開放された面積がさらに広く形成される。カバー部６３２の少なくとも一部が開放された形態を有することは、冷却流体噴射口Ｐから噴射された冷却流体をモジュールハウジング３００の内部に円滑に供給可能にするためである。
また、第１領域６３２ａの開放面積が第２領域６３２ｂの開放面積よりも小さく形成されることは、ホルディングブラケット６２２と電極リード１１０との接触及び／またはホルディングブラケット６２２とバスバーとの接触による短絡発生を最小化するためである。一方、第１領域６３２ａは、冷却流体の噴出のための少なくとも一つのカバーホールＨを備え得る。
一方、カバー部６３２は、モジュールハウジング３００に固定された固定部６３１と分離可能な構造で結合される。固定部６３１とカバー部６３２との間には接着層Ａが介在され、バッテリーモジュール１の正常な使用状態では固定部６３１とカバー部６３２とが相互結合した状態を維持する。しかし、バッテリーセル１００にベンティングが発生して高温のガスが流出し、それによってモジュールハウジング３００の内部温度が上昇して基準温度以上になれば、接着層Ａが溶融してその接着力が低下又は喪失する。これにより、カバー部６３２は冷却流体の噴射によって、または、冷却流体の噴射以前に固定部６３１から分離される。
固定部６３１とカバー部６３２との結合には接着層Ａ以外の他の固定要素が適用されなくてもよく、図示されたように接着層Ａの外にヒンジ結合構造がさらに適用されてもよい。固定部６３１とカバー部６３２との結合にヒンジ結合構造が適用される場合は、接着層Ａの接着力の低下または喪失によってカバー部６３２がヒンジ結合部位ｈを中心に回転して開放される。
このようにカバー部６３２が固定部６３１から分離されることで、冷却流体噴射口Ｐからの冷却流体の噴射をカバー部６３２が妨害することがなくなり、それによって円滑な消火及び冷却が可能になる。
図３とともに図８～図１１を参照すると、出口閉鎖装置７００は、スプリンクラー６００を通ってモジュールハウジング３００の内部に冷却水が流れ込めば、浮力によって動いて空気出口５００を閉鎖する装置である。出口閉鎖装置７００は、モジュールハウジング３００の内面に形成される固定バー７１０、固定バー７１０にヒンジ結合される密閉ドア７２０及び密閉ドア７２０に取り付けられる浮力部材７３０を含む。
固定バー７１０は、空気出口５００が形成されたリアカバー３４０に形成され、横断面（Ｘ－Ｙ平面に平行な断面）が扇形である柱形状であり得る。固定バー７１０は、密閉ドア７２０の動きをガイドするための支持体として機能する。このような機能を具現するため、固定バー７１０は少なくとも二つ以上のガイド溝７１１を備える。二つ以上のガイド溝７１１は、固定バー７１０の外周面上に形成され、固定バー７１０の長手方向（Ｚ軸に平行な方向）に沿って相互に離隔した位置に形成される。
ガイド溝７１１は、その長手方向の一端から他端に向かう方向に沿って水平面（Ｘ－Ｙ平面に平行な面）を基準にして傾いた形態を有する。より具体的には、ガイド溝７１１は、空気出口５００に向かう方向に沿って上向きに傾いた形態を有する。ガイド溝７１１が傾いた形態を有することは、密閉ドア７２０が冷却水の浮力によって上方（Ｚ軸に平行な方向）への力を受けるとき、空気出口５００を閉鎖する方向に回転させるためである。
密閉ドア７２０は、固定バー７１０にヒンジ結合され、冷却水の浮力が作用すると回転して空気出口５００を閉鎖する。このような機能を具現するため、密閉ドア７２０は、空気出口５００を構成する複数の孔に対応する個数の挿入突起７２１、及びガイド溝７１１の個数に対応する個数の摺動ボール７２２を備える。
挿入突起７２１は、密閉ドア７２０の一面上に突設され、空気出口５００を構成する孔に対応する形状及びサイズを有する。挿入突起７２１は、密閉ドア７２０が冷却水の浮力を受けて空気出口５００を閉鎖する方向に回転したとき、空気出口５００を構成する孔に挿入されることで、バッテリーモジュール１の内部に供給された冷却水が空気出口５００を通って外部に流れ出ることを防止する。
摺動ボール７２２は、密閉ドア７２０の一側から固定バー７１０に向かう方向に延びた形態を有し、ガイド溝７１１内に挿入される。摺動ボール７２２は、ガイド溝７１１内でガイド溝７１１の長手方向に沿って摺動可能である。より具体的には、モジュールハウジング３００の内部に冷却水が供給され、それによって冷却水の水位が一定水準以上になって密閉ドア７２０が浮力を受けると、摺動ボール７２２はガイド溝７１１内でその動きがガイドされながらガイド溝７１１の延長方向に沿って移動することで、密閉ドア７２０が空気出口５００に向かって回転するようにする。
浮力部材７３０は、密閉ドア７２０の一面に取り付けられ、モジュールハウジング３００内部の冷却水の水位が上昇したとき、密閉ドア７２０が浮力によって上方（Ｚ軸に平行な方向）への力を受けるようにする。浮力部材７３０は、密閉ドア７２０の両面のうち挿入突起７２１が形成された面の反対面に取り付けられる。浮力部材７３０は、密度が冷却水よりも低くて冷却水の浮力が作用できるものであれば制限なく利用可能である。浮力部材７３０としては、例えば内部に空気が充填されたエアバッグが用いられ得る。
上述したように、本発明の一実施形態によるバッテリーモジュール１は、モジュールハウジング３００内に空気出口５００を閉鎖可能な出口閉鎖装置７００が備えられているため、モジュールハウジング３００内に供給される冷却水が外部に流れ出ることを防止することができる。したがって、本発明の一実施形態によるバッテリーモジュール１は、内部で非正常な温度上昇及び／または火事が発生したとき迅速な対処が可能であり、これによってバッテリーモジュール使用上の安全性を確保することができる。
図３～図６を参照すると、バッテリーモジュール１は、複数の熱膨張ブロックＢをさらに含むことができる。熱膨張ブロックＢは、モジュールハウジング３００の内部に冷却流体が供給されたとき、冷却流体の水位が素早く上昇できるように、モジュールハウジング３００の内部の空いた空間に配置される。熱膨張ブロックＢは、バッテリーセル１００にベンティングが発生して高温のベンティングガスが流出し、それによってモジュールハウジング３００の内部温度が基準温度以上に高くなると膨張することで、モジュールハウジング３００内部の空いた空間の体積を減少させる効果をもたらす。
このように、熱膨張ブロックＢの膨張によってモジュールハウジング３００内部の空いた空間の体積が減少すれば、同じ量の冷却流体が投入されても冷却流体の水位が上昇する速度が一層速くなり、迅速な消火及び冷却が可能になる。
熱膨張ブロックＢは、例えば温度の上昇によって体積が増加する熱膨張性発泡剤を含むことができる。熱膨張性発泡剤は、例えば内部に炭化水素を含むアクリル系熱可塑性樹脂を含むコア－シェル構造を有し得る。
図３及び図４を参照すると、複数の熱膨張ブロックＢは、セル積層体の下面を覆うベースカバー３１０の上でバッテリーモジュール１の長手方向（Ｘ軸に平行な方向）に沿って相互に離隔して固定され、バスバーフレーム２００とサイドカバー３２０との間の空いた空間に配置され得る。
また、図５を参照すると、複数の熱膨張ブロックＢは、セル積層体を構成する複数のバッテリーセル１００のうち隣接したバッテリーセル１００のテラス部Ｔ同士の間毎に配置され得る。ここで、テラス部Ｔとは、バッテリーセル１００のシーリング部１００ｂの一部領域を意味する。すなわち、パウチ型バッテリーセル１００は、電極組立体（図示せず）が収容される領域である収容部１００ａ及び収容部１００ａの周縁から延びたシーリング領域１００ｂを含むが、シーリング領域１００ｂのうち電極リード１１０が引き出された方向に位置する部分をテラス部Ｔと称する。
このように、隣接したテラス部Ｔ同士の間毎に熱膨張ブロックＢが介在されるとデッドスペースの活用になるため、エネルギー密度を低下させずに消火及び冷却効率を向上させることができる。
一方、熱膨張ブロックＢは、冷却流体の水位上昇の効果を極大化するため、バスバーフレーム２００とサイドカバー３２０との間の空いた空間、及び隣接したテラス部Ｔ同士の間の両方とも適用されてもよい。
図１３を参照すると、バッテリーモジュール１は、その内部に冷却流体が供給されたとき、外部への冷却流体の流出量を最小化して冷却流体の水位が迅速に上昇するように、空気入口４００を少なくとも部分的に閉鎖する膨張パッドＥをさらに含むことができる。
膨張パッドＥは、モジュールハウジング３００の内面に取り付けられ、空気入口４００の開放面積よりも小さいサイズを有する。膨張パッドＥは、バッテリーモジュール１の正常な使用状態では空気入口４００を通る空気の流れを円滑にするため、空気入口４００の開放面積に対比して約３０％未満のサイズを有することが望ましい。一方、図面には膨張パッドＥがモジュールハウジング３００内側の底面のみに取り付けられた場合が示されているが、膨張パッドＥはモジュールハウジング３００の上面または側面に取り付けられてもよい。
膨張パッドＥは、バッテリーモジュール１の内部に流れ込んだ冷却流体と接触することで膨張して空気入口４００を閉鎖する。膨張パッドＥは、水分を吸収したとき非常に大きい膨張率を示す樹脂を含み、十分な量の水分が提供される場合、初期の体積に比べて少なくとも約２倍以上体積が増加する樹脂を含む。膨張パッドＥに用いられる樹脂としては、例えばＳＡＦ（Ｓｕｐｅｒ Ａｂｓｏｒｂｅｎｔ Ｆｉｂｅｒ）とポリエステル短繊維（ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ ｓｔａｐｌｅ ｆｉｂｅｒ）とが混合された不織布が挙げられる。ここで、ＳＡＦは、ＳＡＰ（高吸水性樹脂、Ｓｕｐｅｒ Ａｂｓｏｒｂｅｎｔ Ｐｏｌｙｍｅｒ）を繊維状に製作したものである。
一方、膨張パッドＥの膨張による空気入口４００の閉鎖は、必ずしも冷却流体が漏れない水準の完全な閉鎖を意味するものではなく、漏水量を低減できるように空気入口４００の開放面積を減らす場合も含む。
膨張パッドＥの適用により、少なくとも一部のバッテリーモジュール１で熱暴走現象が発生してバッテリーモジュール１の内部に冷却流体が流れ込む場合、空気入口４００は閉鎖される。このように空気入口４００及び空気出口５００が閉鎖されると、バッテリーモジュール１の内部に流れ込んだ冷却流体が外部に流れずにバッテリーモジュール１の内部に溜まることで、バッテリーモジュール１で発生した熱暴走現象を迅速に解消することができる。
図１４を参照すると、膨張パッドＥは、一対で備えられ得、この場合、一対の膨張パッドＥはモジュールハウジング３００の内面の上側及び下側にそれぞれ取り付けられる。一対の膨張パッドＥは、互いに対応する位置に取り付けられることで、膨張したとき互いに当接して空気入口４００を閉鎖する。
図１５を参照すると、膨張パッドＥは、モジュールハウジング３００の内面に所定の深さで形成された収容溝３００ａ内に少なくとも一部が挿入されて固定され得る。
図１６を参照すると、膨張パッドＥは、水分を吸収して膨張するとき、その両側にそれぞれ配置される一対のメッシュプレート４００ａによって膨張のための動きがガイドされ得る。メッシュプレート４００ａは、網状のプレートであって、膨張パッドＥが膨張していない状態では空気及び冷却流体が通過可能な構造を有する。
一方、本発明の他の実施形態によるＥＳＳは、上述したような本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールを複数個含む。
以上のように、本発明を限定された実施形態と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の属する技術分野で通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。
１ バッテリーモジュール
１００ バッテリーセル
１００ａ 収容部
１００ｂ シーリング領域
１１０ 電極リード
２００ バスバーフレーム
３００ モジュールハウジング
３００ａ 収容溝
３１０ ベースカバー
３２０ サイドカバー
３３０ フロントカバー
３４０ リアカバー
４００ 空気入口
４００ａ メッシュプレート
５００ 空気出口
６００ スプリンクラー
６１０ カプラ
６２０ スプリンクラーヘッド
６２１ ガラスバルブ
６２２ ホルディングブラケット
６３０ 絶縁カバー
６３１ 固定部
６３２ カバー部
６３２ａ 第１領域
６３２ｂ 第２領域
７００ 出口閉鎖装置
７１０ 固定バー
７１１ ガイド溝
７２０ 密閉ドア
７２１ 挿入突起
７２２ 摺動ボール
７３０ 浮力部材

Claims (13)

  1. 複数のバッテリーセルを含むセル積層体、及び前記セル積層体の一側と他側にそれぞれ結合される一対のバスバーフレームを含むサブモジュールと、
    前記サブモジュールを収容し、空気循環のために形成された空気入口及び空気出口を備えるモジュールハウジングと、
    前記セル積層体の積層方向の一側で前記モジュールハウジングを貫通するスプリンクラーと、
    前記スプリンクラーを通って前記モジュールハウジング内部に流れ込んだ冷却水の浮力によって動いて前記空気出口を閉鎖する出口閉鎖装置と、
    を含むバッテリーモジュール。
  2. 前記出口閉鎖装置は、
    前記モジュールハウジングの内面に形成される固定バーと、
    前記固定バーにヒンジ結合される密閉ドアと、
    前記密閉ドアに取り付けられる浮力部材と、
    を含む、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  3. 前記固定バーは、少なくとも二つ以上のガイド溝を備え、
    前記密閉ドアは、前記ガイド溝の個数に対応する個数の摺動ボールを備え、
    前記摺動ボールは、前記ガイド溝に挿入されて前記ガイド溝の延長方向に沿ってその動きがガイドされる、請求項２に記載のバッテリーモジュール。
  4. 前記ガイド溝は、前記空気出口に向かう方向に沿って上向きに傾いた形態を有する、請求項３に記載のバッテリーモジュール。
  5. 前記空気出口は、前記モジュールハウジングを貫通して形成された複数の孔を含み、
    前記密閉ドアは、前記孔に対応する形状及びサイズを有する複数の挿入突起を備える、請求項２から４のうちいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
  6. 前記バッテリーモジュールは、
    前記空気入口の内側に配置され、前記バッテリーモジュール内に流れ込んだ冷却流体との接触によって膨張して前記空気入口を少なくとも部分的に閉鎖する膨張パッドを含む、請求項１から５のうちいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
  7. 前記膨張パッドは、前記モジュールハウジングの内面に取り付けられる、請求項６に記載のバッテリーモジュール。
  8. 前記膨張パッドは、前記モジュールハウジングの内面に形成された収容溝内に少なくとも一部が挿入される、請求項６に記載のバッテリーモジュール。
  9. 前記バッテリーモジュールは、
    前記膨張パッドの両側にそれぞれ配置されて前記膨張パッドの膨張のための動きをガイドするメッシュプレートを含む、請求項６から８のうちいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
  10. 前記バッテリーモジュールは、
    前記モジュールハウジング内の空いた空間に配置されて前記モジュールハウジングの内部温度の上昇によって熱膨張する熱膨張ブロックを含む、請求項１から９のうちいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
  11. 前記スプリンクラーは、
    前記モジュールハウジングの外側に位置し、冷却流体を供給する供給管と連結されるカプラと、
    前記モジュールハウジングの内側に位置し、前記カプラと連結されるスプリンクラーヘッドと、
    前記モジュールハウジングに固定される固定部、及び接着層によって前記固定部に固定されて基準温度以上で前記接着層の接着力が喪失または低下することによって前記固定部から分離されるカバー部を含む絶縁カバーと、
    を含む、請求項１から１０のうちいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
  12. 前記カバー部は、
    前記固定部とヒンジ結合され、前記基準温度以上でヒンジ結合部位を中心にして前記スプリンクラーヘッドの下方に回転して開放される、請求項１１に記載のバッテリーモジュール。
  13. 請求項１から１２のうちいずれか一項に記載のバッテリーモジュールを複数個含む、エネルギー貯蔵システム。
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