JP7313491B2 - バッテリーラック及びそれを含む電力貯蔵装置 - Google Patents

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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7月17日出願の韓国特許出願第10-2019-0086397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、前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やバッテリーラ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ラックを少なくとも一つ以上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場合、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より迅速に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側への火炎及び熱の伝播をより迅速に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、前記バッテリーラックの上下方向に沿って相互に積層され、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ラックケースと、前記ラックケースの上側に備えられ、所定の冷媒を備えるクーラントタンクと、前記クーラントタンクと前記複数個のバッテリーモジュールとを連結する配管ユニットと、前記配管ユニットと前記クーラントタンクとの間に備えられ、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バッテリーモジュールの温度が所定の温度以上であるとき、前記所定の温度以上のバッテリーモジュールに前記冷媒を供給するように開放されて前記クーラントタンクの冷媒を前記配管ユニットへ送るバルブユニットと、を含むことを特徴とする、バッテリーラックを提供する。
前記バッテリーラックは、前記ラックケースに備えられ、前記複数個のバッテリーモジュールの温度を感知するための少なくとも一つの温度センサーを含み得る。
前記バルブユニットは、前記クーラントタンクと前記配管ユニットとを連結し、内部に前記冷媒の流動のためのバルブ流路を備えるバルブ本体と、前記バルブ本体内に開閉可能に備えられ、前記複数個のバッテリーモジュールの温度が所定の温度未満であるとき、前記バルブ流路を閉塞し、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バッテリーモジュールの温度が所定の温度以上であるとき、前記バルブ流路を開放する開閉バルブと、を含み得る。
前記バッテリーラックは、前記少なくとも一つの温度センサー及び前記バルブユニットと電気的に接続し、前記バルブユニットの動作を制御する制御ユニットを含み得る。
前記配管ユニットは、前記バルブユニットと連結されるメイン配管と、前記メイン配管と連結され、各々のバッテリーモジュールと連結される複数個のモジュール配管と、を含み得る。
前記メイン配管は、前記ラックケースの上下方向に沿って所定の長さで長く形成され得る。
前記複数個のモジュール配管は、前記ラックケースの上下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。
前記メイン配管には、前記メイン配管の高さによる水圧を調節するための水圧調節部が備えられ得る。
前記水圧調節部は、前記メイン配管の内壁に備えられ、前記メイン配管の上下方向において前記複数個のモジュール配管の間に配置され得る。
前記冷媒は、水であり得る。
なお、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より迅速に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配管ユニットを説明するための図である。 図2の配管ユニットの部分切開図である。 図2の配管ユニットのA-A’部分の断面図である。 図2の配管ユニットの多様な実施例による水圧調節部を説明するための図である。 図2の配管ユニットの多様な実施例による水圧調節部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ルブユニットを説明するための図である。 図1のバッテリーラックの少なくとも一つのバッテリーモジュールの異常発熱時におけるバッテリーラックの動作を説明するための図である。 図1のバッテリーラックの少なくとも一つのバッテリーモジュールの異常発熱時におけるバッテリーラックの動作を説明するための図である。 図1のバッテリーラックの少なくとも一つのバッテリーモジュールの異常発熱時におけるバッテリーラックの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されて示され得る。
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配管ユニットを説明するための図であり、図3は、図2の配管ユニットの部分切開図であり、図4は、図2の配管ユニットのA-A’部分の断面図であり、図5及び図6は、図2の配管ユニットの多様な実施例による水圧調節部を説明するための図であり、図7は、図1のバッテリーラックのバルブユニットを説明するための図である。
図1~図7を参照すると、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、クーラントタンク300、配管ユニット400、バルブユニット500、温度センサー600及び制御ユニット700を含み得る。
前記バッテリーモジュール100は、複数個が備えられ得る。前記複数個のバッテリーモジュール100は、前記バッテリーラック10の上下方向に沿って相互に積層され得る。このような複数個のバッテリーモジュール100は、各々、少なくとも一つのバッテリーセル110を含み得る。以下、本実施例では、前記複数個のバッテリーモジュール100が各々複数個のバッテリーセル110を含むことに限定して説明する。
前記複数個のバッテリーセル110は、各々、二次電池として設けられ得る。具体的には、前記複数個のバッテリーセル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を含み得る。以下、本実施例では、前記複数個のバッテリーセル110がパウチ型二次電池であることに限定して説明する。
前記ラックケース200は、前記複数個のバッテリーモジュール100を収容し得る。このような前記ラックケース200は、前記複数個のバッテリーモジュール100を上下方向において相互積層されるように収容し得る。
前記クーラントタンク300は、前記ラックケース200の上側に備えられ得る。このような前記クーラントタンク300は、所定の冷媒を内部に備え得る。これによって、前記クーラントタンク300には、前記冷媒を収容できる収容空間が設けられ得る。ここで、前記冷媒は、液体冷媒として設けられ得る。例えば、前記冷媒は、水であり得る。以下、本実施例では、前記冷媒が水である場合に限定して説明する。
前記配管ユニット400は、前記クーラントタンク300と前記複数個のバッテリーモジュール100とを連結し得る。前記配管ユニット400は、前記クーラントタンク300の冷媒、即ち、前記水を前記複数個のバッテリーモジュール100側に供給可能にガイドできる。
このような配管ユニット400は、メイン配管410、モジュール配管430及び水圧調節部450を含み得る。
前記メイン配管410は、後述するバルブユニット500と連結され、前記ラックケース200の上下方向に沿って所定の長さで長く形成され得る。このようなメイン配管410は、前記ラックケース200と所定の間隔で離隔して配置され得る。
前記モジュール配管430は、前記メイン配管410と連結され、前記メイン配管410から水平方向へ配置され得る。このようなモジュール配管430は複数個が備えられ、各々のバッテリーモジュール100と連結され得る。
前記複数個のモジュール配管430は、前記ラックケース200の上下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。前記複数個のモジュール配管430は、前記メイン配管410と前記複数個のバッテリーモジュール100とを相互に連結し得る。
このような複数個のモジュール配管430は、各々、モジュールバルブ435を含み得る。
前記モジュールバルブ435は、各々のモジュール配管430の内部流路に開閉可能に備えられ得る。このような前記モジュールバルブ435は、後述する制御ユニット700と電気的に接続し得る。各々のモジュールバルブ435は、後述する制御ユニット700の制御によって前記モジュール配管430の内部流路を開放または閉塞するように動作し得る。
一方、前記モジュールバルブ435は、前記制御ユニット700の制御ではなく、他の方式によっても開放または閉塞可能に備えられ得る。例えば、前記モジュールバルブ435は、前記モジュール配管430の内部流路を閉塞するように、前記モジュール配管430の内部に取り付けられた状態で、前記バッテリーモジュール100の異常発熱時、前記モジュール配管430の内部流路を開放するように、前記既に設定された所定の温度以上で溶融または切断されるなどの方式の部材で備えられ得る。
前記水圧調節部450は、前記メイン配管410の高さに応じて水圧を調節するためのものであって、前記メイン配管410の内壁に備えられ得る。具体的には、前記水圧調節部450は、複数個が備えられ、前記メイン配管410の上下方向において、前記複数個のモジュール配管430の間に配置され得る。
前記複数個の水圧調節部450は、前記メイン配管410の内壁から前記メイン配管410の中央部側へ所定の長さで突出するように形成され得る。このような複数個の水圧調節部450が備えられた前記メイン配管410の内径は、前記複数個の水圧調節部450が備えられていない部分よりも相対的に小さい。これによって、前記複数個のモジュール配管430の間に前記複数個の水圧調節部450が備えられる前記メイン配管410部分の空間には、配管損失が起こる。このような配管損失によって前記メイン配管410を通して前記水が流動するとき、重力によって増加する圧力を相殺し、前記複数個のモジュール配管430側のどこでも高さに関係なくより均一に前記水が供給できる。
即ち、前記複数個の水圧調節部450によって前記メイン配管410の高さによる水圧を調節して、前記水の供給時、前記複数個のバッテリーモジュール100の上側や下側、中央側を含む前記複数個のバッテリーモジュール100のどこでも前記水が均一に投入可能になる。結局、前記複数個の水圧調節部450は、前記バッテリーモジュール100の高さに関係なく均一な流量の投入をガイドできる。
一方、前記複数個の水圧調節部450は、前記メイン配管410の配管損失を与え得るその他の構造で設けられることも可能である。即ち、図5に示したように、複数個の水圧調節部460は、前記メイン配管410の内壁へ突出し、前記メイン配管410の中央側を中心にして放射状で設けられる複数個のリブとして設けられ得る。また、図6に示したように、複数個の水圧調節部470は、内部に複数個の貫通孔が設けられる円板状で設けられることも可能である。
前記バルブユニット500は、前記配管ユニット400と前記クーラントタンク300との間に備えられ、前記複数個のバッテリーモジュール100の少なくとも一つのバッテリーモジュール100の温度が所定の温度以上であるとき、前記所定の温度以上のバッテリーモジュール100に前記水を供給するように開放され、前記クーラントタンク300の水を前記配管ユニット400へ送ることができる。
このようなバルブユニット500は、バルブ本体510及び開閉バルブ530を含み得る。
前記バルブ本体510は、前記クーラントタンク300と前記配管ユニット400とを連結し得る。このようなバルブ本体510の内部には、前記水の流動のためのバルブ流路515が備えられ得る。
前記開閉バルブ530は、前記バルブ本体510内に開閉可能に備えられ、前記クーラントタンク300の近くに配置され得る。このような前記開閉バルブ530は、前記複数個のバッテリーモジュール100の温度が所定の温度未満であるとき、前記バルブ流路515を閉塞し、前記複数個のバッテリーモジュール100の少なくとも一つのバッテリーモジュール100の温度が所定の温度以上であるとき、前記バルブ流路515を開放し得る。
前記温度センサー600は前記ラックケース200に備えられ、前記複数個のバッテリーモジュール100の温度を感知し得る。このような温度センサー600は、複数個が備えられ得る。前記複数個の温度センサー600は、各々のバッテリーモジュール100の近くに配置され得る。
前記制御ユニット700は、前記複数個のバッテリーモジュール100、前記複数個の温度センサー600、前記モジュールバルブ435、前記バルブユニット500及び前記バッテリーラック10の各種電装品などと電気的に接続し、前記バッテリーラック10の動作などを制御し得る。例えば、前記制御ユニット700は、前記複数個のバッテリーモジュール100の少なくとも一つのバッテリーモジュール100の異常発熱による火事などの発生時、前記バルブユニット500の前記開閉バルブ530の動作及び前記異常発熱が発生した少なくとも一つのバッテリーモジュール100と連結される前記モジュール配管430の前記モジュールバルブ435の動作を制御し得る。
以下では、このような本実施例による前記バッテリーラック10の少なくとも一つのバッテリーモジュール100の異常発熱時における前記バッテリーラック10の具体的な動作についてより詳しく説明する。
図8~図10は、図1のバッテリーラックの少なくとも一つのバッテリーモジュールの異常発熱時におけるバッテリーラックの動作を説明するための図である。
図8~図10を参照すると、前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の少なくとも一つのバッテリーモジュール100で異常発熱などによって温度が急激に上昇し得る。この場合、異常発熱が発生したバッテリーモジュール100で火事などが発生し、隣接するバッテリーモジュール100へ移される場合、全体のバッテリーラック10の爆発などのさらなる危険が発生し得るため、これを事前に迅速に遮断する必要がある。即ち、前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側への火炎及び熱の伝播などをより迅速に遮断する必要がある。
本実施例の場合、前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の少なくとも一つのバッテリーモジュール100で異常発熱などによって温度が上昇する場合、先ず、異常発熱などによって温度が上昇したバッテリーモジュール100に近くの前記温度センサー600がこれを感知できる。その後、前記制御ユニット700は、前記温度センサー600で感知した温度が既に設定された所定の温度以上である場合、前記バルブユニット500の前記開閉バルブ530及び前記既に設定された所定の温度以上に異常発熱したバッテリーモジュール100と連結されるモジュール配管430のモジュールバルブ435を開放し得る。
前記バルブユニット500の前記開閉バルブ530の開放によって、前記クーラントタンク300の内部に収容されていた水Wは、前記バルブユニット500の前記バルブ本体510の前記バルブ流路515を通して前記配管ユニット400側へ供給され得る。
その後、前記配管ユニット400の前記メイン配管410に供給された水Wは、前記複数個のモジュール配管430のうち前記モジュールバルブ435が開放されたモジュール配管430側へ流動しながら前記既に設定された所定の温度以上に温度が上昇した異常発熱のバッテリーモジュール100に供給され得る。
これによって、前記異常発熱が発生したバッテリーモジュール100側へ前記水が供給され、より迅速に異常発熱が発生したバッテリーモジュール100を冷却できる。即ち、本実施例では、前記クーラントタンク300内の水を用いて異常発熱などの状況の発生時、前記異常発熱が発生したバッテリーモジュール100側へ前記水によって緊急冷却を具現することができるため、前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側への火炎及び熱の伝播をより迅速に防止することができる。
一方、前記メイン配管410に備えられる前記複数個の水圧調節部450は、このような水の供給時、前記メイン配管410の高さによる水圧を調節して前記複数個のバッテリーモジュール100のどこでも同じ流量の投入をガイドできる。即ち、本実施例の場合、前記複数個の水圧調節部450によって、前記積層されたバッテリーモジュール100の高さに関係なく均一な水Wの投入をガイドすることができる。
言い換えれば、前記積層されたバッテリーモジュール100のうち上側のバッテリーモジュール100で異常発熱が発生した場合、下側のバッテリーモジュール100で異常発熱が発生した場合、また中央側のバッテリーモジュール100で異常発熱が発生した場合など、積層高さが相異なる場合でも、異常発熱したバッテリーモジュール100の冷却のための水の供給時、前記水圧調節部450によって積層高さに関係なく均一な流量の投入をガイドすることができる。
以上のように、前記複数個の水圧調節部450によって、上側に積層されたバッテリーモジュール100の異常発熱時に供給される流量、下側に積層されたバッテリーモジュール100の異常発熱時に供給される流量、または中央側に積層されたバッテリーモジュール100の異常発熱時に供給される流量などが全て均一となる。
図11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11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及び前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。
一方、複数個のバッテリーラック10の間には、相互間のクーラントタンクを連結する流量補充ユニット800が備えられ得る。前記流量補充ユニット800は、いずれか一つのバッテリーラック10のクーラントタンクの水が減少するとき、相対的に水が満たされているクーラントタンクの水を、水が減少するクーラントタンク側へ供給し得る。
本実施例による前記電力貯蔵装置1は、前述した実施例の前記バッテリーラック10を含むことから、前述した実施例の前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、前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より迅速に防止することができる前記バッテリーラック10及びそれを含む前記電力貯蔵装置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
100 バッテリーモジュール
110 バッテリーセル
200 ラックケース
300 クーラントタンク
400 配管ユニット
410 メイン配管
430 モジュール配管
435 モジュールバルブ
450 水圧調節部
460 水圧調節部
470 水圧調節部
500 バルブユニット
510 バルブ本体
515 バルブ流路
530 開閉バルブ
600 温度センサー
700 制御ユニット
800 流量補充ユニット

Claims (8)

  1. バッテリーラックであって、
    前記バッテリーラックの上下方向に沿って相互に積層され、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ラックケースと、
    前記ラックケースの上側に備えられ、所定の冷媒を備えるクーラントタンクと、
    前記クーラントタンクと前記複数個のバッテリーモジュールとを連結する配管ユニットと、
    前記配管ユニットと前記クーラントタンクとの間に備えられ、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バッテリーモジュールの温度が所定の温度以上であるとき、前記所定の温度以上のバッテリーモジュールに前記冷媒を供給するように開放されて前記クーラントタンクの冷媒を前記配管ユニットへ送るバルブユニットと、を含み、
    前記配管ユニットは、
    前記バルブユニットと連結されるメイン配管と、
    前記メイン配管と連結され、各々のバッテリーモジュールと連結される複数個のモジュール配管と、を含み、
    前記メイン配管には、前記メイン配管の高さによる水圧を調節するための水圧調節部が備えられ、
    前記水圧調節部は、前記メイン配管の内壁に備えられ、前記メイン配管の上下方向において前記複数個のモジュール配管の間に配置されることを特徴とする、バッテリーラック。
  2. 前記ラックケースに備えられ、前記複数個のバッテリーモジュールの温度を感知するための少なくとも一つの温度センサー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. 前記バルブユニットは、
    前記クーラントタンクと前記配管ユニットとを連結し、内部に前記冷媒の流動のためのバルブ流路を備えるバルブ本体と、
    前記バルブ本体内に開閉可能に備えられ、前記複数個のバッテリーモジュールの温度が所定の温度未満であるとき、前記バルブ流路を閉塞し、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バッテリーモジュールの温度が所定の温度以上であるとき、前記バルブ流路を開放する開閉バルブと、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. 前記少なくとも一つの温度センサー及び前記バルブユニットと電気的に接続し、前記バルブユニットの動作を制御する制御ユニットを含むことを特徴とする、請求項3に記載のバッテリーラック。
  5. 前記メイン配管は、
    前記ラックケースの上下方向に沿って所定の長さで長く形成されることを特徴とする、請求項に記載のバッテリーラック。
  6. 前記複数個のモジュール配管は、
    前記ラックケースの上下方向に沿って相互に所定の距離で離隔することを特徴とする、請求項に記載のバッテリーラック。
  7. 前記冷媒は、水であることを特徴とする、請求項1~のいずれか一項に記載のバッテリーラック。
  8. 請求項1~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を含む、電力貯蔵装置。
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