JP2022536482A - バッテリーモジュール、それを含むバッテリーラック及びそのバッテリーラックを含む電力貯蔵装置 - Google Patents

バッテリーモジュール、それを含むバッテリーラック及びそのバッテリーラックを含む電力貯蔵装置 Download PDF

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Abstract

本発明の一実施例によるバッテリーモジュールは、バッテリーセルと、バッテリーセルを収容するモジュールケースと、モジュールケースの内部に貫通して装着され、消火剤を備える消火タンクユニットと連結され、バッテリーセルの熱暴走や火事の発生時、モジュールケースの内部に消火剤を直接的に噴射する消火ユニットと、を含むことを特徴とする。

Description

本発明は、バッテリーモジュール、それを含むバッテリーラック及びそのバッテリーラックを含む電力貯蔵装置に関する。
本出願は、２０２０年３月４日出願の韓国特許出願第１０－２０２０－００２７３６９号に基づく優先権を主張し、該当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。
製品群に応じた適用性が高く、且つ、高いエネルギー密度などの電気的特性を有する二次電池は、携帯用機器だけでなく、電気的駆動源によって駆動する電気自動車（ＥＶ、Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）またはハイブリッド自動車（ＨＥＶ、Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）などに普遍的に適用されている。このような二次電池は、化石燃料の使用を画期的に減少できるという一次的な長所だけでなく、エネルギーの使用に伴う副産物が全く生じないという点で、環境にやさしく、エネルギー効率が向上できることから、新しいエネルギー源として注目を集めている。
現在、広く使用される二次電池の種類としては、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池などがある。このような単位二次電池セル、即ち、単位バッテリーセルの作動電圧は約２．５Ｖ～４．５Ｖである。したがって、これよりさらに高い出力電圧が要求される場合、複数のバッテリーセルを直列接続してバッテリーパックを構成する。また、バッテリーパックに要求される充放電容量によって複数のバッテリーセルを並列接続してバッテリーパックを構成し得る。したがって、バッテリーパックに含まれるバッテリーセルの数は、要求される出力電圧または充放電容量によって多様に設定可能である。
なお、複数のバッテリーセルを直列・並列接続してバッテリーパックを構成する場合、少なくとも一つのバッテリーセルを含むバッテリーモジュールを先に構成し、このような少なくとも一つのバッテリーモジュールを用いてその他の構成要素を追加してバッテリーパックやバッテリーラックを構成する方法が一般的である。バッテリーパックの場合、通常、電気自動車などのエネルギー源として備えられ、最近には、家庭用または産業用エネルギー源として、複数個のバッテリーラックを含む電力貯蔵装置が注目を浴びている。
しかし、従来技術のバッテリーパックまたはバッテリーラックは、複数のバッテリーモジュールを備え、各々のバッテリーモジュールのバッテリーセルで熱暴走が発生して発火または爆発する場合、隣接するバッテリーセルへ熱または火炎が移され、二次爆発などが起こる場合があり、より迅速に二次発火または爆発を防止するための努力が必要である。
そこで、バッテリーモジュール内部の熱暴走、またはこのような熱暴走などによる火事の発生時、より迅速に熱暴走や火事を初期に鎮圧可能なバッテリーモジュール、それを含むバッテリーラック及びそのバッテリーラックを含む電力貯蔵装置を提供するための方案が求められる。
本発明は、バッテリーモジュール内部の熱暴走や火事の発生時、より迅速に熱暴走や火事を初期に鎮圧可能なバッテリーモジュール、それを含むバッテリーラック及びそのバッテリーラックを含む電力貯蔵装置を提供することを目的とする。
上記の課題を達成するため、本発明は、バッテリーモジュールであって、少なくとも一つのバッテリーセルと、少なくとも一つのバッテリーセルを収容するモジュールケースと、モジュールケースの内部に貫通して装着され、消火剤を備える消火タンクユニットと連結され、少なくとも一つのバッテリーセルの熱暴走や火事の発生時、モジュールケースの内部に消火剤を直接的に噴射する消火ユニットと、を含むことを特徴とする、バッテリーモジュールを提供する。
消火ユニットは、モジュールケースの端部一側からモジュールケースの内部に向かって貫通してモジュールケースの長手方向に沿って長く配置され得る。
消火ユニットは、モジュールケースの後面一側からモジュールケースの内部に向かって貫通し得る。
消火ユニットは、内部流路が形成され、消火タンクユニットと連結され、モジュールケースを貫通してモジュールケースの長手方向に沿って長く配置されるユニット本体と、ユニット本体に備えられ、モジュールケース内部のバッテリーセル側へ消火剤を噴射するための少なくとも一つの噴射ノズルと、を含み得る。
噴射ノズルは、複数個が備えられ、複数個の噴射ノズルは、モジュールケースの長手方向に沿って互いに所定の距離で離隔して配置され得る。
少なくとも一つの噴射ノズルは、ユニット本体と連結され、消火剤の噴射のための噴射ホールが設けられるノズル本体と、ノズル本体に備えられ、ユニット本体の内部流路を密閉するように噴射ホールをカバーして構成され、モジュールケースの内部が所定の温度以上の内部ガスに露出する場合、少なくとも一部が破裂して内部流路と噴射ホールを開放するように構成されたガラスバルブと、を含み得る。
少なくとも一つの噴射ノズルは、ユニット本体と垂直に配置され、少なくとも一つのバッテリーセルと対向するように配置され得る。
消火剤は、水として備えられる消火水であり得る。
なお、本発明は、バッテリーラックであって、前述した実施例による少なくとも一つのバッテリーモジュールと、少なくとも一つのバッテリーモジュールを収容するラックケースと、を含むバッテリーラックを提供する。
また、本発明は、電力貯蔵装置であって、前述した実施例による少なくとも一つのバッテリーラックを含む電力貯蔵装置を提供する。
以上のような多様な実施例によって、バッテリーモジュール内部の熱暴走や火事の発生時、より迅速に熱暴走や火事を初期に鎮圧可能なバッテリーモジュール、それを含むバッテリーラック及びそのバッテリーラックを含む電力貯蔵装置を提供することができる。
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例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。
本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを説明するための図である。 図１のバッテリーモジュールの部分分解図である。 図２のバッテリーモジュールの消火ユニットを説明するための図である。 図３の消火ユニットの噴射ノズルを説明するための図である。 図３の消火ユニットの他の実施例による噴射ノズルを説明するための図である。 図１のバッテリーモジュールの断面図である。 図１のバッテリーモジュールの火事や熱暴走の発生時、モジュールケース内部における消火剤注入メカニズムを説明するための図である 図１のバッテリーモジュールの火事や熱暴走の発生時、モジュールケース内部における消火剤注入メカニズムを説明するための図である 図１のバッテリーモジュールの火事や熱暴走の発生時、モジュールケース内部における消火剤注入メカニズムを説明するための図である 図１のバッテリーモジュールの火事や熱暴走の発生時、モジュールケース内部における消火剤注入メカニズムを説明するための図である。 本発明の一実施例によるバッテリーラックを説明するための図である。 本発明の一実施例による電力貯蔵装置を説明するための図である。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。ここで説明される実施例は、発明の理解を助けるために例示的に示したものであり、本発明は、ここで説明する実施例とは相違に多様に変形して実施できることを理解せねばならない。なお、発明の理解を助けるために、添付の図面は、実際の縮尺ではなく一部構成要素が誇張または省略されるか、概略的に示されることがある。
図１は、本発明の一実施例によるバッテリーモジュールを説明するための図あり、図２は、図１のバッテリーモジュールの部分分解図である。
図１及び図２を参照すると、バッテリーモジュール１０は、バッテリーセル１００、モジュールケース２００及び消火ユニット３００を含み得る。
バッテリーセル１００は二次電池であって、パウチ型二次電池、角形二次電池、または円筒型二次電池であり得る。以下、本実施例では、バッテリーセル１００がパウチ型二次電池である場合に限定して説明する。
バッテリーセル１００は、少なくとも一つまたはそれ以上の複数個が備えられ得る。以下、本実施例では、バッテリーセル１００が複数個で備えられる場合に限定して説明する。
モジュールケース２００は、複数個のバッテリーセル１００を収容し得る。このために、モジュールケース２００には、複数個のバッテリーセル１００を収容するための収容空間が設けられ得る。
モジュールケース２００には、連結ホール２０５が備えられ得る。
連結ホール２０５は、モジュールケース２００の後方に設けられ、所定の大きさの開口で備えられ得る。このような連結ホール２０５には、後述する消火ユニット３００が貫通し得る。
消火ユニット３００は、モジュールケース２００の内部に貫通して装着され、消火剤を備える消火タンクユニットＴ（図１２参照）と連結され、複数個のバッテリーセル１００の熱暴走、または、このような熱暴走による火事の発生時、モジュールケース２００の内部に消火剤を直接的に噴射できる。ここで、消火剤は、水であり得る。
消火ユニット３００は、消火タンクユニットＴと消火剤供給パイプ７０を介して相互に連結され得る。このような消火ユニット３００は、モジュールケース２００の端部一側からモジュールケース２００の内部に向かって貫通してモジュールケース２００の長手方向に沿って長く配置され得る。
具体的には、消火ユニット３００は、モジュールケース２００の後面一側から、モジュールケース２００の連結ホール２０５を通してモジュールケース２００の内部に向かって貫通するように装着され得、消火剤供給パイプ７０と相互に連通可能に連結され得る。
本実施例の場合、消火ユニット３００のモジュールケース２００の内部への直接的な消火注水によって、バッテリーモジュール１０内のバッテリーセル１００の火事発生時、より迅速かつ効果的に火事を初期に鎮圧することができる。
以下では、本実施例による消火ユニット３００についてより詳しく説明する。
図３は、図２のバッテリーモジュールの消火ユニットを説明するための図である。
図３を参照すると、消火ユニット３００は、ユニット本体３１０及び噴射ノズル３３０を含み得る。
ユニット本体３１０は、所定の長さで、ほぼ長いパイプ状で設けられ得る。このようなユニット本体３１０には、消火剤の保存及び流動のための内部流路が形成され、後述する消火タンクユニットＴ（図１２参照）と消火剤供給パイプ７０を介して連結され、モジュールケース２００を貫通してモジュールケース２００の長手方向に沿って長く配置され得る。
ユニット本体３１０の一端部には、パイプ締結部３１５が備えられ得る。
パイプ締結部３１５は、消火剤供給パイプ７０と連結され、ユニット本体３１０のモジュールケース２００への装着時、モジュールケース２００の後方、具体的には、モジュールケース２００の連結ホール２０５の外へ突出するように配置され得る。
噴射ノズル３３０は、モジュールケース２００（図２参照）の内部のバッテリーセル１００側へ消火剤を噴射するためのものであって、ユニット本体３１０に備えられ得る。
このような噴射ノズル３３０は、ユニット本体３１０と垂直に配置され、モジュールケース２００内で複数個のバッテリーセル１００に向かい合うように配置され得る。
噴射ノズル３３０は、少なくとも一つまたはそれ以上の複数個が備えられ得る。以下、本実施例では、噴射ノズル３３０が複数個で備えられることに限定して説明する。
複数個の噴射ノズル３３０は、モジュールケース２００の長手方向に沿って相互に所定の距離で離隔して配置され得る。以下では、噴射ノズル３３０についてより具体的に説明する。
図４は、図３の消火ユニットの噴射ノズルを説明するための図である。
図４を参照すると、噴射ノズル３３０は、ノズル本体３３１と、ガラスバルブ３３３と、ノズルキャップ３３５と、ガイドリブ３３７と、を含み得る。
ノズル本体３３１は、ユニット本体３１０の内部流路と連通するようにユニット本体３１０に装着され得る。このようなノズル本体３３１は、ユニット本体３１０の長手方向と垂直に突出して配置され得る。
ノズル本体３３１には、噴射ホール３３２が備えられ得る。
噴射ホール３３２は、消火剤の噴射のためのものであって、ユニット本体３１０の内部流路と連通し得る。このような噴射ホール３３２が開放されると、消火剤が外部へ噴射可能になる。
ガラスバルブ３３３は、ノズル本体３３１に備えられ、ユニット本体３１０の内部流路を密閉するように噴射ホール３３２をカバーして構成されるが、モジュールケース２００の内部が所定の温度以上の内部ガスに露出する場合、少なくとも一部が破裂して内部流路と噴射ホール３３２を開放するように構成され得る。
このようなガラスバルブ３３３には、内部に所定の液体や気体などの所定の物質が満たされている。このような所定の物質は、温度が上昇するほど体積が大きくなる性質を有し得る。具体的には、ガラスバルブ３３３は、所定の温度、例えば、７０～１００℃以上で所定の物質の体積膨張によって破裂または溶融するか、またはノズル本体３３１から離脱して噴射ホール３３２を開放し得る。
ノズルキャップ３３５は、ノズル本体３３１から所定の間隔で離隔し、ノズル本体３３１と共にガラスバルブ３３３を支持し得る。このようなノズルキャップ３３５によって、ガラスバルブ３３３はノズル本体３３１にさらに安定的に支持される。
ガイドリブ３３７は複数個が備えられ、ノズル本体３３１とノズルキャップ３３５に各々連結され得る。複数個のガイドリブ３３７は、相互に所定の距離で離隔し、ガラスバルブ３３３とも所定の距離で離隔して配置され得る。
このようなガイドリブ３３７は、モジュールケース２００の内部に所定の温度以上のガス発生時、ガラスバルブ３３３が破裂または離脱するなどの動作がより容易になるように、高温ガスのガラスバルブ３３３側への流動をガイドすることができる。
以下では、本発明の他の実施例による噴射ノズルについて説明する。
図５は、図３の消火ユニットの他の実施例による噴射ノズルを説明するための図である。
図５を参照すると、噴射ノズル３３０は、ノズル本体３３１、ガラスバルブ３３３、ガイドリブ３３７、ノズルキャップ３３８及び分散部３３９を含み得る。
ノズル本体３３１、ガラスバルブ３３３及びガイドリブ３３７は、前述した実施例と実質的に同一または類似であるので、以下、重複する説明を省略する。
ノズルキャップ３３８は、ノズル本体３３１をカバーできる形状及び大きさで設けられ得る。例えば、ノズルキャップ３３８は、概ね、ノズル本体３３１よりも大きい面積の円板状で備えられ得る。
分散部３３９は、ノズルキャップ３３８に備えられ、ノズルキャップ３３８の円周方向に沿ってほぼ鋸歯状で設けられ得る。このような分散部３３９は、噴射ホール３３２を通じる消火剤の噴射時、消火剤のより広範囲な方向への分散をガイドすることができる。
図６は、図１のバッテリーモジュールの断面図である。
図６を参照すると、バッテリーモジュール１０は、冷却空気供給部４００及び冷却空気排出部５００をさらに含み得る。
冷却空気供給部４００は、モジュールケース２００の前方に備えられ、バッテリーセル１００の冷却のためにバッテリーモジュール１０のモジュールケース２００の内部へ冷却空気を供給できる。
冷却空気排出部５００は、モジュールケース２００の後方に備えられ、冷却空気供給部４００と対角線上に配置され得る。このような冷却空気排出部５００は、モジュールケース２００の内部でバッテリーセル１００を冷却した空気をモジュールケース２００の外へ排出できる。
以下では、本実施例によるバッテリーモジュール１０の火事などの異常状況の発生時、本実施例による消火ユニット３００の具体的なメカニズムについて説明する。
図７～図１０は、図１のバッテリーモジュールの火事や熱暴走の発生時、モジュールケース内部における消火剤注入メカニズムを説明するための図である。
図７を参照すると、バッテリーモジュール１０のモジュールケース２００の内部のバッテリーセル１００において、少なくとも一つのバッテリーセル１００の異常状況によって、過熱などによる火事または熱暴走が発生し得る。このような火事や熱暴走の発生時、過熱したバッテリーセル１００によってモジュールケース２００の内部には、高温のガスＧが発生し得る。
高温のガスＧによって、図８に示したように、消火ユニット３００のガラスバルブ３３３が破裂または溶融するか、または図９に示したように、ガラスバルブ３３３がノズル本体３３１から離脱し、消火剤を噴射する噴射ホール３３２が開放できる。
図１０を参照すると、本実施例の場合、噴射ホール３３２の開放によって、消火ユニット３００の内部の消火剤Ｗ、即ち、水Ｗがバッテリーセル１００側へ即刻かつ直接的に噴射される。
これによって、本実施例では、バッテリーモジュール１０の火事や熱暴走のような異常状況の発生時、消火ユニット３００によってモジュールケース２００の内部でバッテリーセル１００側への即刻かつ直接的な消火注水が行われるため、より迅速に火事や熱暴走を初期に鎮圧することができる。
したがって、本実施例では、このような火事や熱暴走に対する迅速な初期鎮圧によって、隣接するバッテリーセル１００への熱または火炎の伝播による 二次爆発などの危険状況の発生をさらに効果的に防止することができる。
図１１は、本発明の一実施例によるバッテリーラックを説明するための図である。
図１１を参照すると、バッテリーラック１は、前述した実施例の複数個のバッテリーモジュール１０と、複数個のバッテリーモジュール１０を収容するラックケース５０と、複数個のバッテリーモジュール１０と連結される消火剤供給パイプ７０と、を含み得る。
消火剤供給パイプ７０は、消火ユニット３００と後述する消火タンクユニットＴ（図１２参照）と連通し、複数個のバッテリーモジュール１０の少なくとも一つに火事などの異常状況が発生したとき、消火タンクユニットＴの消火剤が、異常状況の発生したバッテリーモジュール１０側へ供給されることをガイドできる。
本実施例によるバッテリーラック１は、前述した実施例のバッテリーモジュール１０を含むことで、前述した実施例のバッテリーモジュール１０の長所を全て含むバッテリーラック１を提供することができる。
図１２は、本発明の一実施例による電力貯蔵装置を説明するための図である。
図１２を参照すると、電力貯蔵装置Ｅは、エネルギー源として、家庭用または産業用に用いられ得る。このような電力貯蔵装置Ｅは、前述した実施例の少なくとも一つ、本実施例の場合、複数個のバッテリーラック１及び複数個のバッテリーラック１を収容するラックコンテナＣを含み得る。
ラックコンテナＣには、複数個のバッテリーラック１に消火剤を供給する消火タンクユニットＴが備えられ得る。消火タンクユニットＴ内には、消火剤、即ち、消火水である水が満たされている。このような消火タンクユニットＴは、複数個のバッテリーラック１と消火剤供給パイプ７０を介して連結され、複数個のバッテリーラック１側へ消火水を供給できる。
本実施例による電力貯蔵装置Ｅは、前述した実施例のバッテリーラック１を含むことから、前述した実施例のバッテリーラック１の長所を全て含む電力貯蔵装置Ｅを提供できる。
以上のような多様な実施例によって、バッテリーモジュール１０の内部の熱暴走、または熱暴走などによる火事の発生時、より迅速に熱暴走や火事を初期に鎮圧可能なバッテリーモジュール１０、それを含むバッテリーラック１及びそのバッテリーラック１を含む電力貯蔵装置Ｅを提供することができる。
以上、本発明の望ましい実施例について図示及び説明したが、本発明は上述した特定の望ましい実施例に限定されず、請求範囲で請求する本発明の要旨から外れることなく当該発明が属する技術分野における通常の知識を持つ者によって多様に変形できることは言うまでもなく、かかる変形は、本発明の技術的思想や展望から個別的に理解されてはいけない。
１ バッテリーラック
１０ バッテリーモジュール
５０ ラックケース
７０ 消火剤供給パイプ
１００ バッテリーセル
２００ モジュールケース
２０５ 連結ホール
３００ 消火ユニット
３１０ ユニット本体
３１５ パイプ締結部
３３０ 噴射ノズル
３３１ ノズル本体
３３２ 噴射ホール
３３３ ガラスバルブ
３３５ ノズルキャップ
３３７ ガイドリブ
３３８ ノズルキャップ
３３９ 分散部
４００ 冷却空気供給部
５００ 冷却空気排出部

Claims (10)

  1. バッテリーモジュールであって、
    少なくとも一つのバッテリーセルと、
    前記少なくとも一つのバッテリーセルを収容するモジュールケースと、
    前記モジュールケースの内部に貫通して装着され、消火剤を備える消火タンクユニットと連結され、前記少なくとも一つのバッテリーセルの熱暴走や火事の発生時、前記モジュールケースの内部に前記消火剤を直接的に噴射する消火ユニットと、を含むことを特徴とする、バッテリーモジュール。
  2. 前記消火ユニットは、
    前記モジュールケースの端部一側から前記モジュールケースの内部に向かって貫通して前記モジュールケースの長手方向に沿って長く配置されることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  3. 前記消火ユニットは、
    前記モジュールケースの後面一側から前記モジュールケースの内部に向かって貫通することを特徴とする、請求項２に記載のバッテリーモジュール。
  4. 前記消火ユニットは、
    内部流路が形成され、前記消火タンクユニットと連結され、前記モジュールケースを貫通して前記モジュールケースの長手方向に沿って長く配置されるユニット本体と、
    前記ユニット本体に備えられ、前記モジュールケース内部のバッテリーセル側へ前記消火剤を噴射するための少なくとも一つの噴射ノズルと、を含むことを特徴とする、請求項２または３に記載のバッテリーモジュール。
  5. 前記噴射ノズルは、複数個が備えられ、
    前記複数個の噴射ノズルは、前記モジュールケースの長手方向に沿って互いに所定の距離で離隔して配置されることを特徴とする、請求項４に記載のバッテリーモジュール。
  6. 前記少なくとも一つの噴射ノズルは、
    前記ユニット本体と連結され、前記消火剤の噴射のための噴射ホールが設けられるノズル本体と、
    前記ノズル本体に備えられ、前記ユニット本体の内部流路を密閉するように前記噴射ホールをカバーして構成され、前記モジュールケースの内部が所定の温度以上の内部ガスに露出する場合、少なくとも一部が破裂して前記内部流路と前記噴射ホールを開放するように構成されたガラスバルブと、を含むことを特徴とする、請求項４または５に記載のバッテリーモジュール。
  7. 前記少なくとも一つの噴射ノズルは、
    前記ユニット本体と垂直に配置され、前記少なくとも一つのバッテリーセルと対向するように配置されることを特徴とする、請求項４～６のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
  8. 前記消火剤は、
    水として備えられる消火水であることを特徴とする、請求項１～７のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
  9. 請求項１～８のいずれか一項に記載の少なくとも一つのバッテリーモジュールと、
    前記少なくとも一つのバッテリーモジュールを収容するラックケースと、を含む、バッテリーラック。
  10. 請求項９に記載の少なくとも一つのバッテリーラックを含む、電力貯蔵装置。
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