JP7308961B2 - バッテリーラック及びそれを含む電力貯蔵装置 - Google Patents

バッテリーラック及びそれを含む電力貯蔵装置 Download PDF

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Description

本発明は、バッテリーラック及びそれを含む電力貯蔵装置に関する。
本出願は、２０１９年６月５日出願の韓国特許出願第１０－２０１９－００６６６４４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、上記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を構成する方法が一般的である。ここで、少なくとも一つのバッテリーモジュールを含むバッテリーパックは、多様な電圧と容量要求条件などによって、このようなバッテリーパックを少なくとも一つ以上含むバッテリーラックを備える電力貯蔵装置を構成することもある。
従来のバッテリーラックの場合、ラックケース内の複数個のバッテリーモジュールの少なくともいずれか一つのバッテリーモジュールで異常状況が発生したとき、異常状況が発生したバッテリーモジュールで発火が発生し得る。
このようにいずれか一つのバッテリーモジュールに発火が発生する場合、隣接するバッテリーモジュールへ火炎及び熱が移されると、さらなる発火につながり、重大な財産上の損失や大きい人命被害などを起こすという問題がある。
そこで、バッテリーモジュールの少なくとも一つが発火したとき、隣接するバッテリーモジュールへの火炎及び熱の伝播を防止できるバッテリーラック及びそれを含む電力貯蔵装置が求められる。
本発明は、バッテリーモジュールのうち少なくとも一つが発火したとき、隣接するバッテリーモジュールへの火炎及び熱の伝播を防止することができるバッテリーラック及びそれ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、バッテリーラックであって、少なくとも一つのバッテリーセルを含む複数個のバッテリーモジュールと、前記複数個のバッテリーモジュールを収容するためのラックケースと、前記ラックケースの上下方向に沿って所定の距離で離隔して装着され、各々のバッテリーモジュールを支持し、前記複数個のバッテリーモジュールの少なくとも一つの発火時、隣接するバッテリーモジュールへの火炎及び熱の伝播を防止するための防火ユニットと、を含むことを特徴とするバッテリーラックを提供する。
前記防火ユニットは、各々のバッテリーモジュールを支持し、前記ラックケースの上下方向に沿って装着される複数個の防火プレートと、前記複数個の防火プレートと連通し、外部冷却システムと連結される一対の防火マニホールドと、を含み得る。
前記複数個の防火プレートは、各々、冷却水の循環のために内部に冷却流路が形成されるプレート本体と、前記プレート本体の一側に備えられ、前記冷却流路と連通する吸入ポートと、前記吸入ポートと所定の距離で離隔して前記プレート本体に備えられ、前記冷却流路と連通する排出ポートと、を含み得る。
前記一対の防火マニホールドは、前記外部冷却システムと連結され、前記複数個の防火プレートの吸入ポートと連通する吸入マニホールドと、前記吸入マニホールドと所定の距離で離隔し、前記外部冷却システムと連結され、前記複数個の防火プレートの排出ポートと連通する排出マニホールドと、を含み得る。
前記吸入マニホールドは、前記複数個の防火プレートの吸入ポートと連結される複数個の吸入ポート連結部と、前記複数個の吸入ポート連結部の反対側に配置され、前記外部冷却システムと連結されるシステム連結部と、を含み得る。
前記排出マニホールドは、前記複数個の防火プレートの排出ポートと連結される複数個の排出ポート連結部と、前記複数個の排出ポート連結部の反対側に配置され、前記外部冷却システムと連結されるシステム連結部と、を含み得る。
前記プレート本体は、一対のアルミニウムプレートで備えられ得る。
前記冷却流路は、前記一対のアルミニウムプレートの相互結合によって設けられ得る。
前記複数個のバッテリーモジュールには、各々、前記少なくとも一つのバッテリーセルの冷却のための冷却ファンが備えられ得る。
なお、本発明は、電力貯蔵装置として、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と、前記少なくとも一つのバッテリーラックを収容するラックコンテナと、を含む、ことを特徴とする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のうち少なくとも一つが発火したとき、隣接するバッテリーモジュールへの火炎及び熱の伝播を防止することができるバッテリーラック及びそれ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ラックを説明するための図である。 図１のバッテリーラックの後面図である。 図２のバッテリーラックの分解斜視図である。 図３のバッテリーラックの主要部の拡大図である。 図３のバッテリーラックの防火ユニットの防火プレートを説明するための図である。 図５の防火プレートの他の実施例を説明するための図である。 図３のバッテリーラックの防火マニホールドを説明するための図である。 図１のバッテリーラックのバッテリーモジュールの発火時における火炎及び熱の伝播防止動作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ラックを説明するための図であり、図２は、図１のバッテリーラックの後面図であり、図３は、図２のバッテリーラックの分解斜視図であり、図４は、図３のバッテリーラックの主要部の拡大図であり、図５は、図３のバッテリーラックの防火ユニットの防火プレートを説明するための図であり、図６は、図５の防火プレートの他の実施例を説明するための図であり、図７は、図３のバッテリーラックの防火マニホールドを説明するための図である。
図１～図７を参照すれば、バッテリーラック１０は、バッテリーモジュール１００、ラックケース２００及び防火ユニット５００を含み得る。
上記バッテリーモジュール１００は、複数個が備えられ得る。このような上記複数個のバッテリーモジュール１００は、各々、バッテリーセル１１０及び冷却ファン１５０を含み得る。
上記バッテリーセル１１０は、二次電池として、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。このようなバッテリーセル１１０は、パウチ型二次電池、角形二次電池及び円筒型二次電池の少なくとも一つとして備えられ得る。以下、本実施例では、上記バッテリーセル１１０がパウチ型二次電池で備えられる場合を説明する。
上記冷却ファン１５０は、上記少なくとも一つまたはそれ以上の複数個のバッテリーセル１１０を冷却するためのものであって、上記バッテリーモジュール１００の一側に設けられ得る。
上記ラックケース２００は、上記複数個のバッテリーモジュール１００を収容し得る。このために、上記ラックケース２００には、上記複数個のバッテリーモジュール１００を収容可能な収容空間が設けられ得る。
上記防火ユニット（ｆｉｒｅ ｐｒｏｏｆ ｕｎｉｔ）５００は、上記複数個のバッテリーモジュール１００の少なくとも一つが発火したとき、隣接するバッテリーモジュール１００への火炎及び熱の伝播を防止するためのものであって、上記ラックケース２００の上下方向に沿って所定の距離で離隔して装着され、各々のバッテリーモジュール１００を支持し得る。
このような上記防火ユニット５００は、防火プレート５１０及び防火マニホールド５３０を含み得る。
上記防火プレート５１０は、複数個が備えられ得る。上記複数個の防火プレート５１０は、各々のバッテリーモジュール１００を支持し、上記ラックケース２００の上下方向に沿って装着され得る。
このような複数個の防火プレート５１０は、各々、プレート本体５１１、冷却流路５１５、吸入ポート５１６及び排出ポート５１８を含み得る。
上記プレート本体５１１は、一対のアルミニウムプレートとして備えられ得る。上記一対のアルミニウムプレートは、相互結合によって上記プレート本体５１１を形成し得る。
上記冷却流路５１５は冷却水の循環のためのものであって、上記プレート本体５１１の内部に設けられ得る。このような上記冷却流路５１５は、上記一対のアルミニウムプレートの相互結合によって設けられ得る。
上記吸入ポート５１６は、上記プレート本体５１１の一側に備えられ、上記冷却流路５１５と連通し得る。上記排出ポート５１８は、上記吸入ポート５１６と所定の距離で離隔して上記プレート本体５１１に備えられ、上記冷却流路５１５と連通し得る。
図６を参照すれば、防火プレート５２０は、前述した実施例と異なる形態で備えられ得る。具体的には、上記防火プレート５２０は、プレート本体５２１、冷却流路５２５、吸入ポート５２６及び排出ポート５２８を含み得る。
前述した実施例と異なり、上記プレート本体５２１の上記吸入ポート５２６及び上記排出ポート５２８が備えられる一側は、他の部分よりも相対的に突出するように形成され得る。これによって、上記冷却流路５２５は、上記プレート本体５２１内でよりコンパクトに配置可能になる。
上記防火マニホールド５３０は一対で備えられ、金属またはプラスチック材質からなり得る。このような上記一対の防火マニホールド５３０は、上記複数個の防火プレート５１０と連通し、外部冷却システム６０と連結され得る。一方、上記一対の防火マニホールド５３０と上記外部冷却システム６０との間には、上記防火ユニット５００側への冷却水の供給をより円滑にするためにポンプユニット７０が設けられ得る。
上記一対の防火マニホールド５３０は、吸入マニホールド５３１及び排出マニホールド５３５を含み得る。
上記吸入マニホールド５３１は、上記外部冷却システム６０と連結され、上記複数個の防火プレート５１０の吸入ポート５１６と連通し得る。
このような吸入マニホールド５３１は、吸入ポート連結部５３２及びシステム連結部５３４を含み得る。
上記吸入ポート連結部５３２は、上記複数個の防火プレート５１０の吸入ポート５１６と連結され得る。上記システム連結部５３４は、上記複数個の吸入ポート連結部５３２の反対側に配置され、上記外部冷却システム６０と連結され得る。
上記排出マニホールド５３５は、上記吸入マニホールド５３１と所定の距離で離隔し、上記外部冷却システム６０と連結され、上記複数個の防火プレート５１０の排出ポート５１８と連通し得る。
このような排出マニホールド５３５は、排出ポート連結部５３６及びシステム連結部５３８を含み得る。
上記排出ポート連結部５３６は、上記複数個の防火プレート５１０の排出ポート５１８と連結され得る。上記システム連結部５３８は、上記複数個の排出ポート連結部５３６の反対側に配置され、上記外部冷却システム６０と連結され得る。
以下では、本実施例による上記防火ユニット５００による上記バッテリーラック１０のバッテリーモジュール１００の発火時における火炎及び熱の伝播防止についてより詳しく説明する。
図８は、図１のバッテリーラックのバッテリーモジュールの発火時、火炎及び熱の伝播防止動作を説明するための図である。
図８を参照すれば、上記バッテリーラック１０の複数個のバッテリーモジュール１００の少なくとも一つ、例えば、いずれか一つのバッテリーモジュール１００で異常状況が発生し得る。このような異常状況の発生時、上記いずれか一つのバッテリーモジュール１００で発火が発生し得る。
本実施例の場合、上記バッテリーモジュール１００同士の間に上記防火ユニット５００の上記防火プレート５１０が配置されるため、上記防火プレート５１０が優先的に、発火が発生したバッテリーモジュール１００の隣接するバッテリーモジュール１００への火炎及び熱の伝播を遮断することができる。
また、上記防火プレート５１０の内部の冷却流路５１５には、上記防火マニホールド５３０によって上記外部冷却システム６０から提供された冷却水が循環するため、上記発火が発生したバッテリーモジュール１００を迅速に冷却することができる。
即ち、本実施例では、上記バッテリーモジュール１００の上記冷却ファン１５０に加え、上記防火ユニット５００によっても冷却が行われるため、いずれか一つのバッテリーモジュール１００に発火が発生しても、発火したバッテリーモジュール１００の冷却が迅速に行われる。
言い換えれば、本実施例では、上記防火ユニット５００によって、器具的な面における防炎効果及び熱的な面における防熱効果を効果的に具現することができる。また、上記防火ユニット５００は、上記複数個の防火プレート５１０に上記バッテリーモジュール１００が装着されるため、上記ラックケース２００内に積層される上記バッテリーモジュール１００をより安定的に支持することができる。
このように、本実施例では、上記防火ユニット５００によって、上記バッテリーモジュール１００の少なくとも一つの発火時、隣接するバッテリーモジュール１００への火炎及び熱の伝播を効果的に防止することができる。
図９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９を参照すれば、電力貯蔵装置１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１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１０及び上記複数個のバッテリーラック１０を収容するラックコンテナ５０を含み得る。
本実施例による上記電力貯蔵装置１は、前述した実施例の上記バッテリーラック１０を含むことから、前述した実施例の上記バッテリーラック１０の長所を全て含む電力貯蔵装置１を提供できる。
以上のような多様な実施例によって、上記バッテリーモジュール１００の少なくとも一つの発火時、隣接するバッテリーモジュール１００への火炎及び熱の伝播を防止することができる上記バッテリーラック１０及びそれを含む上記電力貯蔵装置１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 電力貯蔵装置
１０ バッテリーラック
５０ ラックコンテナ
６０ 外部冷却システム
７０ ポンプユニット
１００ バッテリーモジュール
１１０ バッテリーセル
１５０ 冷却ファン
２００ ラックケース
５００ 防火ユニット
５１０ 防火プレート
５１１ プレート本体
５１５ 冷却流路
５１６ 吸入ポート
５１８ 排出ポート
５２０ 防火プレート
５２１ プレート本体
５２５ 冷却流路
５２６ 吸入ポート
５２８ 排出ポート
５３０ 防火マニホールド
５３１ 吸入マニホールド
５３２ 吸入ポート連結部
５３４ システム連結部
５３５ 排出マニホールド
５３６ 排出ポート連結部
５３８ システム連結部

Claims (8)

  1. バッテリーラックであって、
    少なくとも一つのバッテリーセルを含む複数個のバッテリーモジュールと、
    前記複数個のバッテリーモジュールを収容するためのラックケースと、
    前記ラックケースの上下方向に沿って所定の距離で離隔して装着され、各々のバッテリーモジュールを支持し、前記複数個のバッテリーモジュールの少なくとも一つの発火時、隣接するバッテリーモジュールへの火炎及び熱の伝播を防止するための防火ユニットと、を含み、
    前記防火ユニットは、
    各々のバッテリーモジュールを支持し、前記ラックケースの上下方向に沿って装着される複数個の防火プレートであって、防火プレートはそれぞれ、全体として平面形状を有する、複数個の防火プレートと、
    前記複数個の防火プレートと連通し、外部冷却システムと連結される一対の防火マニホールドと、を含み、
    前記複数個の防火プレートは、各々、
    冷却水の循環のために前記平面形状の内部に冷却流路が形成されるプレート本体と、
    前記プレート本体の一側に備えられ、前記冷却流路と連通する吸入ポートと、
    前記吸入ポートと所定の距離で離隔して前記プレート本体に備えられ、前記冷却流路と連通する排出ポートと、を含み、
    前記複数個の防火プレートは、互いに接触せずに離間しており、前記複数個の防火プレートの各々の前記吸入ポート及び前記排出ポートは、前記一対の防火マニホールドと連結されることを特徴とする、バッテリーラック。
  2. 前記一対の防火マニホールドは、
    前記外部冷却システムと連結され、前記複数個の防火プレートの吸入ポートと連通する吸入マニホールドと、
    前記吸入マニホールドと所定の距離で離隔し、前記外部冷却システムと連結され、前記複数個の防火プレートの排出ポートと連通する排出マニホールドと、を含むことを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーラック。
  3. 前記吸入マニホールドは、
    前記複数個の防火プレートの吸入ポートと連結される複数個の吸入ポート連結部と、
    前記複数個の吸入ポート連結部の反対側に配置され、前記外部冷却システムと連結されるシステム連結部と、を含むことを特徴とする、請求項２に記載のバッテリーラック。
  4. 前記排出マニホールドは、
    前記複数個の防火プレートの排出ポートと連結される複数個の排出ポート連結部と、
    前記複数個の排出ポート連結部の反対側に配置され、前記外部冷却システムと連結されるシステム連結部と、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ラック。
  5. 前記プレート本体は、
    一対のアルミニウムプレートで備えられることを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載のバッテリーラック。
  6. 前記冷却流路は、
    前記一対のアルミニウムプレートの相互結合によって設けられることを特徴とする、請求項５に記載のバッテリーラック。
  7. 前記複数個のバッテリーモジュールには、各々、
    前記少なくとも一つのバッテリーセルの冷却のための冷却ファンが備えられることを特徴とする、請求項１～６のいずれか一項に記載のバッテリーラック。
  8. 請求項１～７のいずれか一項に記載の少なくとも一つのバッテリーラックと、
    前記少なくとも一つのバッテリーラックを収容するラックコンテナと、を含む、電力貯蔵装置。
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