JP7345628B2 - 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

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 Download PDF

Info

Publication number
JP7345628B2
JP7345628B2 JP2022505494A JP2022505494A JP7345628B2 JP 7345628 B2 JP7345628 B2 JP 7345628B2 JP 2022505494 A JP2022505494 A JP 2022505494A JP 2022505494 A JP2022505494 A JP 2022505494A JP 7345628 B2 JP7345628 B2 JP 7345628B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
battery module
cover
battery
cell stack
module housing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2022505494A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2022544040A (ja
Inventor
スン-ヒョン・キム
ジ-ウォン・ジョン
キョン-ヒョン・ベ
ジン-キュ・シン
ジン-キュ・イ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LG Energy Solution Ltd
Original Assignee
LG Energy Solution Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LG Energy Solution Ltd filed Critical LG Energy Solution Ltd
Publication of JP2022544040A publication Critical patent/JP2022544040A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7345628B2 publication Critical patent/JP7345628B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A62LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62CFIRE-FIGHTING
    • A62C3/00Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places
    • A62C3/16Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places in electrical installations, e.g. cableways
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6567Liquids
    • H01M10/6568Liquids characterised by flow circuits, e.g. loops, located externally to the cells or cell casings
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/627Stationary installations, e.g. power plant buffering or backup power supplies
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A62LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62CFIRE-FIGHTING
    • A62C2/00Fire prevention or containment
    • A62C2/06Physical fire-barriers
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A62LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62CFIRE-FIGHTING
    • A62C2/00Fire prevention or containment
    • A62C2/06Physical fire-barriers
    • A62C2/065Physical fire-barriers having as the main closure device materials, whose characteristics undergo an irreversible change under high temperatures, e.g. intumescent
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A62LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62CFIRE-FIGHTING
    • A62C35/00Permanently-installed equipment
    • A62C35/58Pipe-line systems
    • A62C35/60Pipe-line systems wet, i.e. containing extinguishing material even when not in use
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A62LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62CFIRE-FIGHTING
    • A62C35/00Permanently-installed equipment
    • A62C35/58Pipe-line systems
    • A62C35/68Details, e.g. of pipes or valve systems
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A62LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62CFIRE-FIGHTING
    • A62C37/00Control of fire-fighting equipment
    • A62C37/08Control of fire-fighting equipment comprising an outlet device containing a sensor, or itself being the sensor, i.e. self-contained sprinklers
    • A62C37/10Releasing means, e.g. electrically released
    • A62C37/11Releasing means, e.g. electrically released heat-sensitive
    • A62C37/12Releasing means, e.g. electrically released heat-sensitive with fusible links
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A62LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62CFIRE-FIGHTING
    • A62C37/00Control of fire-fighting equipment
    • A62C37/08Control of fire-fighting equipment comprising an outlet device containing a sensor, or itself being the sensor, i.e. self-contained sprinklers
    • A62C37/10Releasing means, e.g. electrically released
    • A62C37/11Releasing means, e.g. electrically released heat-sensitive
    • A62C37/14Releasing means, e.g. electrically released heat-sensitive with frangible vessels
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61Types of temperature control
    • H01M10/613Cooling or keeping cold
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6567Liquids
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/14Primary casings; Jackets or wrappings for protecting against damage caused by external factors
    • H01M50/143Fireproof; Explosion-proof
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/233Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions
    • H01M50/24Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions adapted for protecting batteries from their environment, e.g. from corrosion
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/244Secondary casings; Racks; Suspension devices; Carrying devices; Holders characterised by their mounting method
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/251Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders specially adapted for stationary devices, e.g. power plant buffering or backup power supplies
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/258Modular batteries; Casings provided with means for assembling
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H01M50/507Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing comprising an arrangement of two or more busbars within a container structure, e.g. busbar modules
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2200/00Safety devices for primary or secondary batteries
    • H01M2200/10Temperature sensitive devices
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00Batteries for particular applications
    • H01M2220/10Batteries in stationary systems, e.g. emergency power source in plant
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)

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を円滑に噴出するため、スプリンクラーに備えられた絶縁カバーを迅速に除去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に関する。
本出願は、2020年2月27日付け出願の韓国特許出願第10-2020-0024459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高温のベンティングガスが流出したとき、スプリンクラーに備えられた絶縁カバーを迅速に除去可能にすることで絶縁カバーが冷却流体の噴射を妨害しないよう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と、複数のバッテリーセルを含むセル積層体を収容す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、を含み、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スプリンクラーヘッドを覆い、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、を含む。
モジュールハウジングは、セル積層体の下面及び上面をそれぞれ覆う一対のベースカバーと、セル積層体の側面を覆う一対のサイドカバーと、セル積層体の前面を覆うフロントカバーと、セル積層体の後面を覆うリアカバーと、を含み得る。
バッテリーモジュールは、セル積層体の幅方向の一側及び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み得る。
スプリンクラーは、リアカバーの長手方向の一側を貫通し、バスバーフレームとサイドカバーとの間に形成される空いた空間内に位置し得る。
スプリンクラーヘッドは、カプラの冷却流体噴射口を遮断し、バッテリーモジュールの内部温度及び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を開放するガラスバルブ(glass bulb)と、ガラスバルブを囲んでガラスバルブを固定するホルディングブラケットと、を含み得る。
カバー部は、セル積層体及びバスバーフレームと対面する第1領域、及び第1領域を除いた残りの第2領域を含み、第1領域は、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得る。
第1領域は、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を備え得る。
バッテリーモジュールは、フロントカバーを貫通して形成される空気入口(air inlet)と、リアカバーを貫通して形成される空気出口(air outlet)と、空気入口及び空気出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及び空気出口を少なくとも部分的に閉鎖する膨張パッドと、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。
空気入口及び空気出口は、バスバーフレームとサイドカバーとの間に形成される空いた空間に対応する位置に形成され得る。
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高温のベンティングガスが流出したとき、スプリンクラーに備えられた絶縁カバーが迅速に除去されることで、絶縁カバーが冷却流体の噴射を妨害せず迅速に冷却及び消火することができる。
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スプリンクラーを示した図である。 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スプリンクラーを示した図である。 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、図1~図3を参照して、本発明の一実施形態によるバッテリーモジュール1の全体的な構造を説明する。
図1~図3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及びスプリンクラー600を含む。
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)を抑制することができる。
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の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電気的に接続され得る。
モジュールハウジング300は、略直方体状を有し、内部にセル積層体を収容する。モジュールハウジング300は、セル積層体の下面及び上面(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、セル積層体の側面(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、セル積層体の前面(Y-Z平面に平行な面)を覆うフロントカバー330、及びセル積層体の後面(Y-Z平面に平行な面)を覆うリアカバー340を含む。
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を貫通する孔状で形成される。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。
一方、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の六つの面のうちバッテリーセル100の長手方向(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及び/または空気出口500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。
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。
図3~図5を参照すると、スプリンクラーヘッド620は、ガラスバルブ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。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。
図5及び図6を参照すると、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7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、冷却流体の水位が迅速に上昇するように、空気入口400及び空気出口500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及び空気出口500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及び空気出口500を通る空気の流れを円滑にするため、空気入口400及び空気出口500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及び空気出口500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及び空気出口500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及び空気出口500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及び空気出口500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8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及び空気出口500を閉鎖する。
図9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10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、500a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、500a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
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
500a メッシュプレート
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

Claims (14)

  1. 複数のバッテリーセルと、
    前記複数のバッテリーセルを含むセル積層体を収容す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、
    を含み、
    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前記スプリンクラーヘッドを覆い、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冷却流体の噴射を妨害しないように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、
    を含むバッテリーモジュール。
  2. 前記モジュールハウジングは、
    前記セル積層体の下面及び上面をそれぞれ覆う一対のベースカバーと、
    前記セル積層体の側面を覆う一対のサイドカバーと、
    前記セル積層体の前面を覆うフロントカバーと、
    前記セル積層体の後面を覆うリアカバーと、
    を含む、請求項1に記載のバッテリーモジュール。
  3. 前記バッテリーモジュールは、
    前記セル積層体の幅方向の一側及び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、請求項2に記載のバッテリーモジュール。
  4. 前記スプリンクラーは、
    前記リアカバーの長手方向の一側を貫通し、前記バスバーフレームと前記サイドカバーとの間に形成される空いた空間内に位置する、請求項3に記載のバッテリーモジュール。
  5. 前記スプリンクラーヘッドは、
    前記カプラの冷却流体噴射口を遮断し、前記バッテリーモジュールの内部温度及び気体の流速が基準値以上になると破断して前記冷却流体噴射口を開放するガラスバルブと、
    前記ガラスバルブを囲んで前記ガラスバルブを固定するホルディングブラケットと、
    を含む、請求項1に記載のバッテリーモジュール。
  6. 前記カバー部は、前記セル積層体及びバスバーフレームと対面する第1領域、及び前記第1領域を除いた残りの第2領域を含み、
    前記第1領域は、覆われた面積が開放された面積よりも広く形成され、前記第2領域は、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、請求項1に記載のバッテリーモジュール。
  7. 前記第1領域は、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を備える、請求項6に記載のバッテリーモジュール。
  8. 前記バッテリーモジュールは、
    前記フロントカバーを貫通して形成される空気入口と、
    前記リアカバーを貫通して形成される空気出口と、
    前記空気入口及び空気出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及び空気出口を少なくとも部分的に閉鎖する膨張パッドと、
    を含む、請求項3に記載のバッテリーモジュール。
  9. 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8に記載のバッテリーモジュール。
  10. 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8に記載のバッテリーモジュール。
  11. 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8に記載のバッテリーモジュール。
  12. 前記空気入口及び空気出口は、
    前記バスバーフレームとサイドカバーとの間に形成される空いた空間に対応する位置に形成される、請求項8に記載のバッテリーモジュール。
  13. 複数のバッテリーセルと、
    前記複数のバッテリーセルを含むセル積層体を収容す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、
    を含み、
    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前記スプリンクラーヘッドを覆い、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、
    を含み、
    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、バッテリーモジュール。
  14. 請求項1から13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。
JP2022505494A 2020-02-27 2021-01-15 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 Active JP7345628B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2020-0024459 2020-02-27
KR1020200024459A KR20210109712A (ko) 2020-02-27 2020-02-27 신속한 냉각이 가능한 구조를 갖는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 ess
PCT/KR2021/000630 WO2021172757A1 (ko) 2020-02-27 2021-01-15 신속한 냉각이 가능한 구조를 갖는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 ess

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2022544040A JP2022544040A (ja) 2022-10-17
JP7345628B2 true JP7345628B2 (ja) 2023-09-15

Family

ID=77491226

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022505494A Active JP7345628B2 (ja) 2020-02-27 2021-01-15 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

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20220278392A1 (ja)
EP (1) EP4024566A4 (ja)
JP (1) JP7345628B2 (ja)
KR (1) KR20210109712A (ja)
CN (1) CN114365326A (ja)
WO (1) WO2021172757A1 (ja)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009523518A (ja) 2006-01-18 2009-06-25 マリオフ コーポレーション オーワイ スプリンクラー
JP2011254906A (ja) 2010-06-07 2011-12-22 Nohmi Bosai Ltd 消火装置
JP2014036780A (ja) 2012-08-20 2014-02-27 Hochiki Corp 電気自動車向け消火システム
JP2014090782A (ja) 2012-11-01 2014-05-19 Hochiki Corp 電力貯蔵システム
JP2015153616A (ja) 2014-02-14 2015-08-24 株式会社オートネットワーク技術研究所 バッテリパック
JP2018530886A (ja) 2015-12-09 2018-10-18 エルジー・ケム・リミテッド バッテリーパック及びこれを含む自動車
JP2019075191A (ja) 2016-03-08 2019-05-16 パナソニックIpマネジメント株式会社 蓄電装置
JP2019092790A (ja) 2017-11-22 2019-06-20 ヤマトプロテック株式会社 消火用ヘッド
WO2019177275A1 (ko) 2018-03-13 2019-09-19 주식회사 엘지화학 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0531207A (ja) * 1991-08-01 1993-02-09 Ngk Insulators Ltd ナトリウム−硫黄電池における消火装置
GB0020551D0 (en) * 2000-08-22 2000-10-11 Birkett David Sprinkler system
KR200394311Y1 (ko) * 2005-06-01 2005-08-31 대명기계공업 주식회사 스프링클러 헤드
US20170043194A1 (en) * 2012-04-10 2017-02-16 Greg Ling Integrated thermal event suppression system
JP2015230756A (ja) * 2014-06-03 2015-12-21 三菱自動車工業株式会社 二次電池
KR101647427B1 (ko) * 2016-05-18 2016-08-11 주식회사 풍성인더스 직류전원 차단장치 및 이를 포함하는 태양광 발전시스템
KR102142993B1 (ko) 2018-08-28 2020-08-28 대우조선해양 주식회사 액화가스 저장탱크의 단열시스템
KR102021072B1 (ko) * 2019-05-15 2019-11-05 주식회사 아산정밀 에너지저장장치의 화재예방 시스템
AU2020380066A1 (en) * 2019-11-08 2022-01-20 Lg Energy Solution, Ltd. Battery module, battery rack comprising same, and power storage device

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009523518A (ja) 2006-01-18 2009-06-25 マリオフ コーポレーション オーワイ スプリンクラー
JP2011254906A (ja) 2010-06-07 2011-12-22 Nohmi Bosai Ltd 消火装置
JP2014036780A (ja) 2012-08-20 2014-02-27 Hochiki Corp 電気自動車向け消火システム
JP2014090782A (ja) 2012-11-01 2014-05-19 Hochiki Corp 電力貯蔵システム
JP2015153616A (ja) 2014-02-14 2015-08-24 株式会社オートネットワーク技術研究所 バッテリパック
JP2018530886A (ja) 2015-12-09 2018-10-18 エルジー・ケム・リミテッド バッテリーパック及びこれを含む自動車
JP2019075191A (ja) 2016-03-08 2019-05-16 パナソニックIpマネジメント株式会社 蓄電装置
JP2019092790A (ja) 2017-11-22 2019-06-20 ヤマトプロテック株式会社 消火用ヘッド
WO2019177275A1 (ko) 2018-03-13 2019-09-19 주식회사 엘지화학 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021172757A1 (ko) 2021-09-02
US20220278392A1 (en) 2022-09-01
KR20210109712A (ko) 2021-09-07
JP2022544040A (ja) 2022-10-17
CN114365326A (zh) 2022-04-15
EP4024566A4 (en) 2023-12-06
EP4024566A1 (en) 2022-07-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11450908B2 (en) Battery module having path through which coolant introduced therein flows when thermal runaway occurs, and battery pack and ESS comprising the same
EP3989336A1 (en) Battery module having structure into which cooling water can be introduced when thermal runaway phenomenon occurs, and battery pack and energy storage device comprising same
JP2022550824A (ja) 熱暴走現象の発生時に冷却水をバッテリーモジュールの内部に投入可能な構造を有するバッテリーパック、及びそれを含むエネルギー貯蔵システム
JP7210782B2 (ja) 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
JP7318017B2 (ja) 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
JP7318113B2 (ja) 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
KR102380444B1 (ko) 열 폭주 현상 발생 시 내부로 투입된 냉각수가 흐를 수 있는 경로를 갖는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 ess
JP7345628B2 (ja) 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
JP7345630B2 (ja) スプリンクラーの迅速な動作が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

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220126

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20230215

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230227

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230525

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230821

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230905

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7345628

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150