JP7301162B2 - 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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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１０－２０２０－００２７３７０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や、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、を含み、モジュールケースの少なくとも一側内部には、消火剤を備える消化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剤供給流路が設けられることを特徴とする、バッテリーモジュールを提供する。
モジュールケースは、少なくとも一つのバッテリーセルを支持するケース本体と、ケース本体と連結される前方カバーと、前方カバーと反対側でケース本体と連結される後方カバーと、前方カバーと後方カバーとの間に配置される一対のサイドプレートと、を含み、消火剤供給流路は、一対のサイドプレートのうち少なくとも一つに設けられ得る。
消火剤供給流路が設けられるサイドプレートには、熱暴走や火事の発生時、消火剤供給流路内の消火剤を少なくとも一つのバッテリーセル側へ噴射するための消火剤噴射部が備えられ得る。
消火剤噴射部には、消火剤供給流路を密閉するように構成され、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損することで消火剤供給流路を開放して消火剤を消火剤噴射部の外へ案内するように構成されたガラスバルブが備えられ得る。
消火剤噴射部は、モジュールケースの内部で、少なくとも一つのバッテリーセルに向かい合う消火剤供給流路が設けられるサイドプレートの内壁に設けられ得る。
消火剤噴射部は、モジュールケースの長手方向において、消火剤供給流路が設けられるサイドプレートの内壁中央に備えられ得る。
消火剤噴射部は、複数個が備えられ、複数個の消火剤噴射部は、モジュールケースの長手方向において、相互に所定の距離で離隔して配置され得る。
消火剤は、水で備えられる消化水であり得る。
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の前方斜視図である。 図１のバッテリーモジュールの後方斜視図である。 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部分分解図である。 図４のバッテリーモジュールのサイドプレートの斜視図である。 図１のバッテリーモジュールの主要部の断面図である。 図６の主要部の拡大図である。 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の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の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の消火剤注入メカニズムを説明するための図である。 図４のバッテリーモジュールの他の実施例による消火剤噴射部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の前方斜視図であり、図２は、図１のバッテリーモジュールの後方斜視図であり、図３は、図１のバッテリーモジュールの部分分解図であり、図４は、図２のバッテリーモジュールの部分分解図であり、図５は、図４のバッテリーモジュールのサイドプレートの斜視図であり、図６は、図１のバッテリーモジュールの主要部の断面図であり、図７は、図６の主要部の拡大図である。
図１～図７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及びモジュールケース２００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。
このようなモジュールケース２００の少なくとも一側内部には、消火剤を備える消化タンクユニットＴ（図１３参照）と連結され、少なくとも一つのバッテリーセル１００の熱暴走や火事の発生時、モジュールケース２００の内部に消火剤を直接的に噴射する消火剤供給流路３００が設けられ得る。消火剤供給流路３００については、下記のモジュールケース２００のサイドプレート２７０の説明とともに、より具体的に説明する。
モジュールケース２００は、ケース本体２１０、前方カバー２３０、後方カバー２５０及びサイドプレート２７０を含み得る。
ケース本体２１０は、少なくとも一つ、本実施例の場合、複数個のバッテリーセル１００を支持し得る。このようなケース本体２１０は、複数個のバッテリーセル１００をカバーし得る。
前方カバー２３０は、ケース本体２１０と連結され、ケース本体２１０の前方をカバーし得る。このような前方カバー２３０には、冷却空気供給部２３５が備えられ得る。
冷却空気供給部２３５は、モジュールケース２００の前方に配置され、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の内部に冷却空気を供給し得る。
後方カバー２５０は、前方カバー２３０の反対側でケース本体２１０と連結され、ケース本体２１０の後方をカバーし得る。このような後方カバー２５０には、冷却空気排出部２５５が備えられ得る。
冷却空気排出部２５５は、モジュールケース２００の後方に配置され、冷却空気供給部２３５と対角線上に配置され得る。このような冷却空気排出部２５５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の外へ排出し得る。
サイドプレート２７０は、前方カバー２３０と後方カバー２５０との間に配置され、一対で備えられ得る。一対のサイドプレート２７０は、ケース本体２１０、前方カバー２３０及び後方カバー２５０と連結され、複数個のバッテリーセル１００をパッケージングし得る。
このような一対のサイドプレート２７０の少なくとも一つには、消火剤供給流路３００が設けられ得る。消火剤供給流路３００が設けられるサイドプレート２７０の後方には、消火剤供給流路３００と消火剤供給パイプ７０との連結のための連結ホール２７５が備えられ得る。
消火剤供給流路３００は、サイドプレート２７０の長手方向に沿って長く形成され、サイドプレート２７０の内部に消火剤Ｗが満たされる所定の空間を有し得る。このような消火剤供給流路３００は、連結ホール２７５を通じて消火剤供給パイプ７０と連通し得る。
消火剤供給流路３００が設けられるサイドプレート２７０には、消火剤噴射部４００が備えられ得る。
消火剤噴射部４００は、熱暴走や火事の発生時、消火剤供給流路３００内の消火剤Ｗを少なくとも一つのバッテリーセル１００側へより効果的に噴射するためのものであって、サイドプレート２７０の内壁に備えられ得る。
具体的には、消火剤噴射部４００は、モジュールケース２００の内部で、少なくとも一つのバッテリーセル１００に向かい合う消火剤供給流路３００が設けられるサイドプレート２７０の内壁に設けられ得る。
より具体的には、消火剤噴射部４００は、モジュールケース２００の長手方向において、消火剤供給流路３００が設けられるサイドプレート２７０の内壁の中央に備えられ得る。
このような消火剤噴射部４００は、噴射部本体４１０、バルブ支持部４３０及びガラスバルブ４５０を含み得る。
噴射部本体４１０は、消火剤供給流路３００と連通するようにサイドプレート２７０の内壁の中央に備えられ得る。このような噴射部本体４１０には、消火剤の噴射のための噴射ホール４１５が備えられ得る。
噴射ホール４１５は、消火剤の噴射のためのものであって、消火剤供給流路３００と連通し得る。このような噴射ホール４１５は、開放時、消火剤を外部へ噴射できる。
バルブ支持部４３０は、噴射部本体４１０と所定の距離で離隔して配置されるようにサイドプレート２７０の内壁の中央に備えられ得る。このようなバルブ支持部４３０は、噴射部本体４１０と共にガラスバルブ４５０をより安定的に支持できる。
ガラスバルブ４５０は、消火剤供給流路３００を密閉するように構成され、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損することで、消火剤供給流路３００を開放して消火剤を消火剤噴射部４００の外へ案内するように構成され得る。
このようなガラスバルブ４５０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４５０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、または噴射部本体４１０から離脱して噴射ホール４１５を開放し得る。
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、消火剤注入メカニズムについてより詳しく説明する。
図８～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８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。
図９及び図１０を参照すると、高温のガスＧによって消火剤噴射部４００のガラスバルブ４５０が破裂または溶融するか、または離脱することで、消火剤Ｗを噴射する噴射ホール４１５が開放される。
噴射ホール４１５の開放によって、消火剤供給流路３００の内部の消火剤Ｗ、即ち、水Ｗが噴射ホール４１５からバッテリーセル１００側へ即刻に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、モジュールケース２００のサイドプレート２７０に備えられる消火剤供給流路３００及び消火剤噴射部４００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、図４のバッテリーモジュールの他の実施例による消火剤噴射部を説明するための図である。
図１１を参照すると、消火剤噴射部４０５は、複数個が備えられ得る。複数個の消火剤噴射部４０５は、モジュールケース２００の長手方向、具体的には、サイドプレート２７０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。
本実施例の場合、消火剤噴射部４０５が複数個で備えられるため、熱暴走や火事状況の発生時、より速かに火事などを状況を鎮圧することができる。
図１２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１２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１３参照）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１３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１３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
２１０ ケース本体
２３０ 前方カバー
２３５ 冷却空気供給部
２５０ 後方カバー
２５５ 冷却空気排出部
２７０ サイドプレート
２７５ 連結ホール
３００ 消火剤供給流路
４００ 消火剤噴射部
４０５ 消火剤噴射部
４１０ 噴射部本体
４１５ 噴射ホール
４３０ バルブ支持部
４５０ ガラスバルブ

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、を含み、
    前記モジュールケースの少なくとも一側内部には、
    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ことにより熱暴走や火事を鎮圧する消火剤供給流路が設けられ、
    前記消火剤供給流路は、前記モジュールケースの少なくとも一側内部に空間を有し、前記消火剤が前記空間に入っていることを特徴とする、バッテリーモジュール。
  2. 前記モジュールケースは、
    前記少なくとも一つのバッテリーセルを支持するケース本体と、
    前記ケース本体と連結される前方カバーと、
    前記前方カバーと反対側で前記ケース本体と連結される後方カバーと、
    前記前方カバーと前記後方カバーとの間に配置される一対のサイドプレートと、を含み、
    前記消火剤供給流路は、
    前記一対のサイドプレートのうち少なくとも一つに設けら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. 前記消火剤供給流路が設けられるサイドプレートには、
    前記熱暴走や火事の発生時、前記消火剤供給流路内の消火剤を前記少なくとも一つのバッテリーセル側へ噴射するための消火剤噴射部が備えられ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. 前記消火剤噴射部には、
    前記消火剤供給流路を密閉するように構成され、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損することで前記消火剤供給流路を開放して前記消火剤を前記消火剤噴射部の外へ案内するように構成されたガラスバルブが備えられることを特徴とする、請求項３に記載のバッテリーモジュール。
  5. 前記消火剤噴射部は、
    前記モジュールケースの内部で、前記少なくとも一つのバッテリーセルに向かい合う前記消火剤供給流路が設けられるサイドプレートの内壁に設けられることを特徴とする、請求項３または４に記載のバッテリーモジュール。
  6. 前記消火剤噴射部は、
    前記モジュールケースの長手方向において、前記消火剤供給流路が設けられるサイドプレートの内壁の中央に備えられることを特徴とする、請求項３～５のいずれか一項に記載のバッテリーモジュール。
  7. 前記消火剤噴射部は、複数個が備えられ、
    前記複数個の前記消火剤噴射部は、前記モジュールケースの長手方向において、相互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３～５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、
    水で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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