KR20170012482A - 배터리 모듈 - Google Patents

배터리 모듈 Download PDF

Info

Publication number
KR20170012482A
KR20170012482A KR1020167036982A KR20167036982A KR20170012482A KR 20170012482 A KR20170012482 A KR 20170012482A KR 1020167036982 A KR1020167036982 A KR 1020167036982A KR 20167036982 A KR20167036982 A KR 20167036982A KR 20170012482 A KR20170012482 A KR 20170012482A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
housing
battery module
flame
airflow
screen
Prior art date
Application number
KR1020167036982A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101892915B1 (ko
Inventor
리차드 리디오 블랑코
데이브 알렉산더
윌리엄 레슬리 데일리
필립 에이치. 고우
Original Assignee
구글 인코포레이티드
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 구글 인코포레이티드 filed Critical 구글 인코포레이티드
Publication of KR20170012482A publication Critical patent/KR20170012482A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101892915B1 publication Critical patent/KR101892915B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/383—Flame arresting or ignition-preventing means
    • H01M2/127—
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6561—Gases
    • H01M10/6563—Gases with forced flow, e.g. by blowers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6561—Gases
    • H01M10/6566—Means within the gas flow to guide the flow around one or more cells, e.g. manifolds, baffles or other barriers
    • H01M2/105—
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/213—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for cells having curved cross-section, e.g. round or elliptic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/394—Gas-pervious parts or elements
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y02E60/12—

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)

Abstract

배터리 모듈은, 내부 볼륨을 정의하고 그리고 내부 볼륨에 걸쳐, 하우징의 제1 말단 부재에 형성된 애퍼처로부터 하우징의 제2 말단 부재에 형성된 애퍼처로의 기류 경로를 포함하는 하우징; 하우징의 내부 볼륨에 탑재되는 복수의 파워 셀들 ― 파워 셀들 각각은 파워 셀의 말단에서 벤트 부재를 포함함 ―; 및 하우징의 제2 말단 부재에 형성된 애퍼처와 복수의 파워 셀들 사이에서 기류 경로에 걸쳐 탑재되는 화염 억제기를 포함한다. 화염 억제기는, 유체 통로들을 통한 기류 경로로부터의 기류를 허용하도록 치수화되고 그리고 연소된 유체가 유체 통로들을 통과하는 것을 방해하도록 치수화되는 복수의 유체 통로들을 포함하는 스크린을 포함한다.

Description

배터리 모듈{BATTERY MODULE}
[0001] 본 개시내용은 배터리 모듈에 관한 것으로, 더 상세하게는, 화염 억제기(flame arrestor)를 포함하는 하나 이상의 파워 셀(power cell)들에 대한 배터리 모듈에 관한 것이다.
[0002] 리튬-이온 셀들과 같은 파워 셀들은, 높은 에너지 밀도들, 메모리 효과 없음, 및 유휴 상태에 있는 동안의 느린 충전(charge) 손실을 특징으로 하는 대중적인 타입들의 재충전가능 셀들이다. 이들 이점들에 기인하여, 리튬-이온 셀들은 가전 제품들뿐만 아니라 군용, 전기 자동차, 및 항공우주 애플리케이션들에서 또한 일반적이다. 리튬-이온 셀들의 성능은, 온도 및 동작 전압 둘 모두에 의존한다. 리튬-이온 셀들에 대한 한 가지 관심사는, 파국적(catastrophic) 고장 및 그에 후속하여 전해질 유체와 같은 가연성(flammable) 유체의 (combustion) 이벤트를 유발할 수 있는 다수의 고장 메커니즘들의 존재이다. 사실, 리튬-이온 셀들의 고장은, 부식성이고 전도성이며 그리고 가연성인 전해질의 방출(discharge)뿐만 아니라 리튬-이손 셀들의 벤트 부재(vent member)를 통해 소량의 용융된(molten) 알루미늄의 방출을 수반할 수 있으며, 이는 그 리튬-이온 셀들이 설치되는 장비에 영향을 미칠 수 있다. 그러한 방출은, 가연성 유체가 연소되어 파워 셀들의 패키징에서 화재를 유발하는 연소 이벤트를 초래할 수 있으며, 이는 다른 패키지들로 그리고 그 이상으로 확산될 수 있다.
[0003] 본 개시내용은, 몇몇 양상들에서, 하나 이상의 화염 억제기 서브-어셈블리들을 포함하는 배터리 모듈의 구현들을 설명한다. 몇몇 구현들에서, 하나 이상의 화염 억제기 서브-어셈블리들을 갖는 배터리 모듈은, 연소된 유체(예컨대, 가스, 액체, 다상(multiphase) 유체, 증기, 또는 다른 상태들)의 유동 및/또는 화염들이 배터리 모듈로부터 주변 환경으로 유출되는 것을 방지할 수 있거나 또는 실질적으로 방해할 수 있다. 몇몇 양상들에서, 배터리 모듈 내에 위치된 각각의 화염 억제기는, 그들에 냉각 기류(airflow)를 통과시킴으로써, 예컨대, 배터리 모듈 내의 하나 이상의 파워 셀들 및/또는 다른 열 생성 컴포넌트들을 냉각시키는 한편, 연소된 유체 및/또는 화염들이 그들을 통과하는 것을 방지 또는 방해할 수 있다. 몇몇 양상들에서, 연소된 유체 및/또는 화염들이 배터리 모듈로부터 유출되는 것을 방해 또는 방지함으로써, 다른 인접 배터리 모듈들 또는 다른 장비에 대한 추가적인 손상이 최소화되거나 또는 방지될 수 있다.
[0004] 예시적인 일반적 구현에서, 배터리 모듈은, 내부 볼륨(volume)을 정의하고 그리고 내부 볼륨에 걸쳐, 하우징의 제1 말단(end) 부재에 형성된 애퍼처(aperture)로부터 하우징의 제2 말단 부재에 형성된 애퍼처로의 기류 경로(path)를 포함하는 하우징; 하우징의 내부 볼륨에 탑재되는 복수의 파워 셀들 ― 파워 셀들 각각은 파워 셀의 말단에서 벤트 부재를 포함함 ―; 및 하우징의 제2 말단 부재에 형성된 애퍼처와 복수의 파워 셀들 사이에서 기류 경로에 걸쳐 탑재되는 화염 억제기를 포함한다. 화염 억제기는, 유체 통로(pathway)들을 통한 기류 경로로부터의 기류를 허용하도록 치수화(size)되고 그리고 연소된 유체가 유체 통로들을 통과하는 것을 방해하도록 치수화되는 복수의 유체 통로들을 포함하는 스크린(screen)을 포함한다.
[0005] 일반적 구현과 결합가능한 제1 양상은 추가로, 하우징의 제1 말단 부재에 형성된 애퍼처와 하우징의 제2 말단 부재에 형성된 애퍼처 사이에서 기류를 순환시키도록 하우징 내에 탑재되는 팬(fan)을 포함한다.
[0006] 앞선 양상들 중 임의의 양상과 결합가능한 제2 양상에서, 복수의 파워 셀들은, 하우징의 제1 말단 부재에 형성된 애퍼처 또는 제2 말단 부재에 형성된 애퍼처 중 적어도 하나에 관하여 벤트 부재들이 오프셋 방향(offset direction)을 향하도록 방향성이 있게(directionally) 내부 볼륨에 탑재된다.
[0007] 앞선 양상들 중 임의의 양상과 결합가능한 제3 양상에서, 화염 억제기는 추가로, 하우징에 부착가능한 프레임(frame)을 포함하며, 스크린은 프레임 내에 탑재된다.
[0008] 앞선 양상들 중 임의의 양상과 결합가능한 제4 양상에서, 프레임은, 화염 억제기의 측부(side)들 간에 케이블 통로를 형성하는 관통 홀(through hole)을 포함한다.
[0009] 앞선 양상들 중 임의의 양상과 결합가능한 제 5 양상에서, 스크린은 제1 스크린을 포함하며, 화염 억제기는 추가로, 제1 스크린과 실질적으로 평행하게 프레임 내에 탑재되는 제2 스크린을 포함한다.
[0010] 앞선 양상들 중 임의의 양상과 결합가능한 제 6 양상에서, 제2 스크린은 복수의 제2 유체 통로들을 포함하고, 제2 유체 통로들의 적어도 부분은, 제1 스크린의 유체 통로들의 부분과 상이한 사이즈들을 갖는다.
[0011] 앞선 양상들 중 임의의 양상과 결합가능한 제 7 양상에서, 화염 억제기는 제1 화염 억제기를 포함한다.
[0012] 앞선 양상들 중 임의의 양상과 결합가능한 제 8 양상에서, 모듈은 추가로, 하우징의 제1 말단 부재에 형성된 애퍼처와 복수의 파워 셀들 사이에서 기류 경로에 걸쳐 탑재되는 제2 화염 억제기를 포함한다.
[0013] 앞선 양상들 중 임의의 양상과 결합가능한 제 9 양상에서, 제2 화염 억제기는, 유체 통로들을 통한 기류 경로로부터의 기류를 허용하도록 치수화되고 그리고 연소된 유체가 유체 통로들을 통과하는 것을 방해하도록 치수화되는 복수의 유체 통로들을 포함하는 스크린을 포함한다.
[0014] 앞선 양상들 중 임의의 양상과 결합가능한 제 10 양상에서, 복수의 파워 셀들은, 복수의 리튬-이온 배터리들을 포함한다.
[0015] 앞선 양상들 중 임의의 양상과 결합가능한 제 11 양상에서, 리튬-이온 배터리들 각각은, 폼 팩터(form factor) 18650 리튬-이온 배터리를 포함한다.
[0016] 다른 예시적인 일반적 구현에서, 배터리 모듈에서의 연소 이벤트를 관리하는 방법은, 배터리 모듈을 데이터 센터(data center)에 위치시키는 단계 ― 배터리 모듈은, 제1 말단 부재 및 제2 말단 부재를 갖는 하우징을 포함하며, 하우징 내에 복수의 파워 셀들이 탑재되고, 파워 셀들 각각은 파워 셀의 말단에서 벤트 부재를 포함함 ―; 복수의 파워 셀들을 냉각시키기 위해 하우징의 내부 볼륨을 통해 제1 말단 부재의 애퍼처로부터 제2 말단 부재의 애퍼처로 기류를 순환시키는 단계; 하우징의 제2 말단 부재에 형성된 애퍼처와 복수의 파워 셀들 사이에서 하우징 내에 탑재되는 화염 억제기를 통해 기류를 순환시키는 단계; 및 화염 억제기를 이용하여, 데이터 센터의 주변 환경으로 연소된 유체가 하우징을 통과하는 것을 방해하는 단계를 포함한다.
[0017] 일반적 구현과 결합가능한 제1 양상은 추가로, 하우징에 탑재된 팬을 이용하여 기류를 순환시키는 단계를 포함한다.
[0018] 앞선 양상들 중 임의의 양상과 결합가능한 제2 양상에서, 기류는 자연 대류(natural convection)를 통해 순환된다.
[0019] 앞선 양상들 중 임의의 양상과 결합가능한 제3 양상에서, 화염 억제기를 통해 기류를 순환시키는 단계는, 화염 억제기의 프레임 내에 탑재되는 스크린을 통해 기류를 순환시키는 단계를 포함한다.
[0020] 앞선 양상들 중 임의의 양상과 결합가능한 제4 양상에서, 스크린은 제1 스크린을 포함하며, 방법은 추가로, 제1 스크린과 실질적으로 평행하게 프레임 내에 탑재되는 제2 스크린을 통해 기류를 순환시키는 단계를 포함한다.
[0021] 앞선 양상들 중 임의의 양상과 결합가능한 제 5 양상에서, 화염 억제기는 제1 화염 억제기를 포함한다.
[0022] 앞선 양상들 중 임의의 양상과 결합가능한 제 6 양상은 추가로, 하우징의 제1 말단 부재에 형성된 애퍼처와 복수의 파워 셀들 사이에서 하우징 내에 탑재되는 제2 화염 억제기를 통해 기류를 순환시키는 단계; 및 제2 화염 억제기를 이용하여, 데이터 센터의 주변 환경으로 연소된 유체가 하우징을 통과하는 것을 방해하는 단계를 포함한다.
[0023] 다른 예시적인 일반적 구현에서, 파워 시스템은, 데이터 센터 내의 복수의 랙-탑재형(rack-mounted) 전자 디바이스들에 전력(electrical power)을 제공하도록 구성되는 파워 유닛을 형성하도록 전기적으로 커플링되는 복수의 배터리 모듈을 포함한다. 배터리 모듈들 중 적어도 하나는, 케이스의 말단들 상의 주변 환경에 대해 적어도 부분적으로 개방되고 그리고 케이스의 말단들 사이에서 유체 경로를 정의하는 케이스; 케이스에 탑재되는 복수의 파워 셀들; 및 복수의 파워 셀들을 냉각시키기 위해 유체 경로를 통해 기류를 순환시키도록 케이스에 탑재되는 팬; 및 유체 경로에 걸쳐 복수의 파워 셀들과 케이스의 말단들 중 하나의 말단 사이에 탑재되는 제1 스크린을 포함하며, 제1 스크린은 복수의 개구부(opening)들을 포함하고, 복수의 개구부들은, 기류가 그들을 통과하는 것을 허용하고 그리고 연소된 유체가 그들을 통과하는 것을 방해하도록 치수화된다.
[0024] 일반적 구현과 결합가능한 제1 양상에서, 배터리 모듈은 추가로, 유체 경로에 걸쳐 복수의 파워 셀들과 케이스의 말단들 중 다른 말단 사이에 탑재되는 제2 스크린을 포함한다.
[0025] 앞선 양상들 중 임의의 양상과 결합가능한 제2 양상에서, 제2 스크린은 복수의 개구부들을 포함하며, 복수의 개구부들은, 기류가 그들을 통과하는 것을 허용하고 그리고 연소된 유체가 그들을 통과하는 것을 방해하도록 치수화된다.
[0026] 앞선 양상들 중 임의의 양상과 결합가능한 제3 양상에서, 배터리 모듈은 추가로, 유체 경로 내에 위치되고 케이스의 말단들 사이에서 연장되는 열 차폐부(heat shield)를 포함한다.
[0027] 앞선 양상들 중 임의의 양상과 결합가능한 제4 양상에서, 열 차폐부는, 케이스 내에서, 제1 및 제2 스크린들 사이에서 연장된다.
[0028] 앞선 양상들 중 임의의 양상과 결합가능한 제 5 양상에서, 배터리 모듈은 추가로, 케이스의 말단들 중 하나와 제1 스크린 사이에서 유체 경로 내에 위치되는 배터리 관리 시스템을 포함한다.
[0029] 본 개시내용에 따른 배터리 모듈의 다양한 구현들은, 다음의 특성들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 배터리 모듈은, 연소 이벤트(예컨대, 배터리 모듈 내의 파워 셀 전해질과 같은 가연성 유체의 연소)가 근방 또는 인접 배터리 모듈들로 확산되는 것을 방지할 수 있다. 다른 예로서, 배터리 모듈은, 화염 또는 연소된 유체가 모듈을 넘어 연장되는 것을 방지하거나 또는 최소화할 수 있다. 몇몇 예들에서, 배터리 모듈은, 모듈 내에서 가연성 유체들의 연소를 (전부 또는 대부분) 억제(contain)할 수 있다. 추가로, 배터리 모듈은, 2차 발화(burning) 또는 연소가 모듈 외부(예컨대, 정의된 발화 볼륨 외부)에서 발생하는 것을 (전부 또는 부분적으로) 방지할 수 있다. 다른 예로서, 배터리 모듈은, 모듈 내의 하나 이상의 파워 셀들의 대류 냉각을 제공하면서, 또한 연소 이벤트가 모듈을 넘어 연장되는 것을 최소화 및/또는 방지할 수 있다. 추가적인 예로서, 배터리 모듈은, 배터리 모듈의 정의된 출구로 또는 정의된 출구를 통해 연소 이벤트의 출력을 제어하거나 또는 제어를 도울 수 있다(또는 유도(direct)할 수 있음). 배터리 모듈의 예시적인 구현들은 또한 가외로(redudantly), 연소 이벤트가 근방 또는 인접 배터리 모듈들로 확산되는 것을 방지하거나 또는 방지하는 것을 도울 수 있다. 설명된 배터리 모듈의 예시적인 구현들은 또한, 연소 이벤트 동안 모듈의 내부 컴포넌트들에 대한 손상을 방지하거나 또는 방지하는 것을 도울 수 있다.
[0030] 이들 일반적 양상들 및 특정 양상들은, 디바이스, 시스템, 방법, 또는 디바이스들, 시스템들, 또는 방법들의 임의의 결합들을 사용하여 구현될 수 있다. 하나 이상의 구현들의 세부사항들은, 하기 첨부된 도면들 및 설명에서 기술된다. 다른 특징들, 목적들 및 이점들은, 설명 및 도면들로부터, 그리고 청구항들로부터 명백해질 것이다.
[0031] 도 1a-1d는, 예시적인 배터리 모듈의 개략적인 상단, 측면, 전방, 및 말단 뷰들을 예시한다.
[0032] 도 2a-2b는, 다른 예시적인 배터리 모듈의 개략적인 상단 및 말단 뷰들을 예시한다.
[0033] 도 3은, 다른 예시적인 배터리 모듈의 개략적인 상단 뷰를 예시한다.
[0034] 도 4a-4d는, 배터리 모듈에서 사용되는 화염 억제기 서브-어셈블리의 예시적인 구현들을 예시한다.
[0035] 도 5는, 배터리 모듈에서의 연소 이벤트를 관리하는 방법에 대한 흐름도를 예시한다.
[0036] 본 개시내용은, 몇몇 양상들에서, 연소 이벤트(예컨대, 모듈에서의 과열(overheating)로 인한, 산소, 전해질, 또는 다른 것들과 같은 하나 이상의 가연성 유체들이 연소하는 것)의 경우에서 연소된 유체의 모듈로부터의 유출을 방지하거나 또는 감소시키기 위한 하나 이상의 화염 억제기들을 포함하는 배터리 모듈을 설명한다. 도 1a는 배터리 모듈(100)의 개략적인 상단 뷰를 도시한다. 일반적으로, 배터리 모듈(100)은, 제어된 환경에서 복수의 파워 셀들(102) 및 배터리 관리 시스템(BMS; battery management system)(104)을 포함하고 그리고 둘러싸고(enclose) 있다.
[0037] 배터리 모듈(100)은, 몇몇 양상들에서, 파워 셀들(102) 및 BMS(104)를 동작에 적절한 주변 조건들과 같은 특정 환경 조건들(예컨대, 온도, 및 다른 것들)로 유지할 수 있다. 예를 들어, 예시된 배터리 모듈(100)은, 냉각 장비 및 파워 공급 장비, 이를테면 복수의 파워 셀들(102)에 전기적으로 커플링되고 하우징(106)의 외부로 노출되는 전기적 연결을 포함한다. 몇몇 예들에서, 배터리 모듈(100)은, LiFePO4 배터리 팩, LiCoO2 배터리 팩, LiMnNi 배터리 팩, LiNiMnCo 배터리 팩, 또는 데이터 센터들, 전기 자동차들, 및 하이브리드 자동차들과 같은 다양한 타입들의 장비에 포함시키기 위한 다른 적절한 배터리 팩일 수 있다. 몇몇 예들에서, 적절한 배터리 팩의 각각의 파워 셀(102)은 폼 팩터 18650 리튬-이온 배터리일 수 있다.
[0038] 배터리 모듈(100)은, 내부 볼륨(108)을 정의하는 하우징(106), 하우징(106)의 내부 볼륨(108) 내에 탑재되는 복수의 파워 셀들(102), 및 화염 억제기들(112)을 포함한다. 하우징(106)은, 비-인화성(non-inflammable) 재료들, 이를테면 높은 용융점을 갖는 금속 합금들로 형성될 수 있다. 내부 볼륨(108)을 정의하는 하우징(106)은 또한, 기류 경로를 포함한다. 하우징(106)은, 하우징(106) 제1 말단 부재(118)에 형성된 애퍼처(116)를 통해 외부 기류(114)를 수용한다. 이러한 예에서, 외부 기류(114)는, 도 1a-1c에 예시된 바와 같이, 내부 볼륨(108)에 대한 공급 기류(예컨대, 냉각 기류)를 생성하는 팬(120)에 의해 순환된다.
[0039] 팬(120)은, 생성된 기류를 전방 화염 억제기(112)를 통해 내부 볼륨(108)에 순환시킬 수 있다. 기류는 내부 볼륨(108) 내의 파워 셀들(102) 주위로 순환된다. 각각의 파워 셀(102)은, 파워 셀(102)의 바디(body)의 직경 및 바디의 길이에 의해 정의되는 실질적으로 원통형의 형상을 갖는다. 기류(114)는, 복수의 파워 셀들(102)을 지나 후방 화염 억제기(112)를 통해 순환되고, 그 후, BMS(104)를 둘러싸는 보조 볼륨(128)으로 순환된다. 기류(114)는 그 후, 말단 부재(126)의 하나 이상의 애퍼처들(124)을 통해 주변 환경으로 순환될 수 있다.
[0040] 각각의 파워 셀(102)은, 파워 셀(102)의 말단에서 벤트 부재(122)를 포함한다. 벤트 부재(122)는 열 에너지 소산을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 벤트 부재(122)는, 파워 셀(102)의 내부 단락 회로 또는 셀(102)의 과도한 가열로부터 발생할 수 있는 높은 내부 압력들의 단일 해제(release)를 허용할 수 있다. 벤트 부재(122)는 또한, 예를 들어, 2차 기능으로서 열 소산을 간접적으로 보조할 수 있다.
[0041] 이러한 예시적인 구현에서의 파워 셀들(102)은, 하우징(106)의 제1 말단 부재(118)에 형성된 애퍼처들(116) 또는 제2 말단 부재(126)에 형성된 애퍼처(124) 중 적어도 하나에 관하여 벤트 부재들(122)이 오프셋 방향을 향하도록 방향성이 있게 내부 볼륨(108)에 탑재된다. 몇몇 구현들에서, 벤트 부재들(122)은, 다중 벤팅(venting) 사고들의 경우에 액체(예컨대, 가연성 전해질)가 볼륨(108) 내에 더 균일하게 분포되도록(예컨대, 그리고 고이지(pool) 않도록), 2개의 행(또는 열)마다 하나씩(every other) 반대로 배향된다. 이러한 반대 배향은 또한, 파워 셀들(102) 간의 전기적 상호연결의 용이함을 가능하게 할 수 있다. 파워 셀들(102)의 각각의 바디의 축은 또한, 팬(120)과 제2 말단 부재(126) 사이에 정의되는 기류 경로에 실질적으로 직교일 수 있다. 파워 셀들(102)의 배향(애퍼처들에 직교인 벤트들)과 배리어(112)의 결합은 벤트들과 애퍼처들(124) 사이에서의 누설 유체에 대한 우회(circuitous) 경로를 생성할 수 있어서, 유체가 하우징(106)을 벗어나거나 또는 BMS(104)에 도달하는 위험성이 감소된다.
[0042] 파워 셀들(102) 사이에서 기류가 순환되기 때문에, 파워 셀들(102)로부터 기류로 열이 전달된다. 몇몇 구현들에서, 도 1b에 예시된 바와 같이, 파워 셀들(102)은, 셀 바디들 간에 간격을 형성하는 특정 구성으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 인접 파워 셀들(102) 간의 대략적으로 2-3 mm의 거리는, 파워 셀들(102)로부터 에어(air)로의 열 전달을 가능하게 하여 인접 셀 가열을 실질적으로 감소시킬 수 있다. 몇몇 구현들에서, 파워 셀들(102)에 의해 생성되어 기류로 전달되는 열의 양은, 예를 들어, 디바이스들의 온도에 관한 기류의 온도, 기류의 유량(flow rate), 및 파워 셀들(102)의 밀도에 관련될 수 있다.
[0043] 기류(114)는 후방 화염 억제기(112)를 통해 내부 볼륨(108)을 퇴장함으로써, BMS(104)를 포함하는 보조 볼륨(128)의 온도를 조정할 수 있다. BMS(104)는, 이를테면, 파워 셀들(102)이 임계(critical) 조건들에서 동작하는 것을 보호함으로써 파워 셀들(102)을 관리하는 전자 시스템이다. BMS(104)는, 파워 셀들(102)의 상태를 모니터링하여 2차 데이터를 계산하고, 그 데이터를 리포팅하고, 환경을 제어하고, 데이터를 인증하고, 데이터를 밸런싱(balancing)할 수 있다. 예를 들어, BMS(104)는, 내부 볼륨(108)으로부터 배기되는 에어의 온도를 모니터링함으로써 배터리 모듈(100)의 환경을 제어할 수 있다. 에어는, 도 1d에 예시된 바와 같이, 하우징(106)의 제2 말단 부재(126)에 형성된 애퍼처들(124)을 통해 보조 볼륨(128)을 퇴장할 수 있다. 몇몇 구현들에서, 제2 말단 부재(126)는, 기류의 퇴장은 가능하게 하지만 파워 셀(102)이 고장난 경우에 외부 환경의 손상을 방지하는 기하학적 구조 및 어레인지먼트를 애퍼처들(124)이 갖도록, 배리어로서 또한 설계된다.
[0044] 배터리 모듈(100)은 추가로, 복수의 파워 셀들(102) 각각과 하우징(106)의 내부 표면 사이에 에어 갭(air gap)을 포함할 수 있으며, 여기에 단열(thermal insulation) 재료(130)가 탑재된다. 예를 들어, 단열 재료(130)는, 하우징(106)의 측부, 상단, 또는 하단에 부가되어 내부 또는 외부 고장의 이벤트에서 하우징(106)을 절연시켜 배터리 내부로 그리고 배터리 외부로의 열 전달을 현저하게 감소시킴으로써, 예를 들면, 이벤트의 전파를 방지하고 그리고/또는 인접 하우징(106)으로부터 하우징(106)으로의 열 유동을 제한할 수 있다. 몇몇 구현들에서, 단열 재료(130)는, 하우징(106)의 성형 화합물(molding compound)보다 더 높은 열 전도 계수를 갖는 알루미늄-산화물 세라믹과 같은 세라믹 매체 층일 수 있다. 단열 재료(130)는 또한, 온도의 급격한 상승을 유발할 수 있는 파워 셀(102)의 고장 이후에, 배터리 모듈(100)의 무결성을 유지하기 위한 높은 열 충격 저항 성능을 특징으로 할 수 있다.
[0045] 이러한 예에서 전방 및 후방 화염 억제기(112)가 도시되지만, 대안적인 구현들은, 화염 억제기들(112) 중 오직 하나만(예컨대, 전방 또는 후방 화염 억제기(112) 중 어느 하나)을 포함할 수 있거나, 또는 2개 초과의 화염 억제기들(112)(예컨대, BMS(104)와 제2 말단 부재(126) 사이의 부가적인 어레스터(112) 또는 하우징(106) 내의 리던던트(redundant) 화염 억제기들(112))을 포함할 수 있다. 대안적인 구현들은 2개의 화염 억제기들(112)을 포함할 수 있는데, 팬(120) 근방에 탑재된 화염 억제기들(112) 중 하나 및 BMS(104)와 제2 말단 부재(126) 사이에 탑재된 다른 화염 억제기(112)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 화염 억제기들(112) 각각은, 연소된 유체(예컨대, 화염)의 유동이 그들을 통과하는 것을 방지하거나 또는 실질적으로 방해하는 스크리닝(screening) 부재(예컨대, 메시(mesh), 스크린, 직물(woven) 재료, 천공(perforated) 시트, 다공성(porous) 엘리먼트, 및/또는 와이어 패드(wire pad))일 수 있거나 또는 그들을 포함할 수 있다. 화염 억제기(112)는, 세라믹, 금속, 또는 적절한 용융점 및 연기 등급(smoke rating)을 갖는 다른 재료로 이루어질 수 있다. 스크리닝 부재는, 기류(114)와 같은 비연소된 기류가 통과되게 하면서 여전히 연소된 유체의 유동을 방지하거나 또는 방해하는 애퍼처들을 포함한다. 몇몇 양상들에서, 연소된 유체는, 벤트 부재들(122)로부터 누출되어 모듈(100) 내의 온도 조건(예컨대, 과열)으로 인해 연소된, 복수의 파워 셀들(102)로부터의 전해질 용액일 수 있다. 몇몇 양상들에서, 연소된 유체는 또한, 전해질 용액(예컨대, 연소 연료)과 결합하는, 기류(114) 내의 (예컨대, 산화제로서의) 산소를 포함할 수 있다.
[0046] 몇몇 양상들에서, 화염 억제기(112)는 또한, 화염으로부터 에너지를 제거함으로써 하우징(106) 내부의 그리고/또는 그를 넘어서의 화염의 확산을 방지하고 그리고/또는 방해할 수 있다. 예를 들어, 화염으로부터 화염 억제기(112)로의 열 전달에 의해 화염으로부터 에너지가 제거될 수 있다. 화염 억제기(112)는, 예를 들면, 화염에 비해 온도가 더 낮을 수 있으며, 양호한 열 전도체이므로, 화재(conflagration)를 소화(extinguish)시킬 수 있다.
[0047] 몇몇 양상들에서, 화염 억제기들(112)은 하우징(106) 내에 위치될 수 있고, 하우징(106)은, 전해질 벤팅 동안 가연성 유체의 실질적으로 완전 연소가 발생하게 하기에 충분한 볼륨이 하우징 내에서 이용가능하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 완전 연소를 허용하기 위한 충분한 볼륨을 하우징 내에(예컨대, 화염 억제기들(112) 사이에) 포함시킴으로써, 하우징의 경계들의 외부(그리고 몇몇 양상들에서는, 화염 억제기들(112)에 의해 경계 지어지는(bounded) 볼륨의 외부)에서의 가연성 유체들의 2차 발화가 최소화되거나 또는 방지된다.
[0048] 도 1a-1b에 예시된 바와 같이, 배터리 모듈(100)의 출구들은 최소화되고 그리고 화염 억제기들(112)에 의해 경계 지어진다. 예를 들면, 배터리 모듈(100)에 대한 전방 출구(또는 입구)는, 팬(120)에 의해 기류(114)가 모듈(100) 내로 순환되게 하는 애퍼처(116)이다. 여기서, 전방 화염 억제기(112)는, 예컨대 복수의 파워 셀들(102)과 애퍼처(116) 사이에 (예컨대, 기류는 허용하지만 연소된 유체들은 방해하기 위한) 통과 배리어를 형성한다. 또한, 배터리 모듈(100)에 대한 후방 출구(또는 입구)는, 팬(120)에 의해 기류(114)가 모듈(100) 밖으로 순환되게 하는 애퍼처(들)(124)이다. 여기서, 후방 화염 억제기(112)는, 예컨대 복수의 파워 셀들(102)과 애퍼처(들)(124) 사이에 (예컨대, 기류는 허용하지만 연소된 유체들은 방해하기 위한) 통과 배리어를 형성한다.
[0049] 도 1a-1b에 도시된 바와 같이, 배터리 모듈(100) 내에 탑재된 2개의 화염 억제기들(112)이 존재한다. 몇몇 구현들에서, 화염 억제기들(112)은, 볼륨(108) 내의 연소된 유체의 유동에 영향을 주도록 설계될 수 있다. 예를 들면, 각각의 화염 억제기(112)는, 특정한 또는 고유한 화염 유동 저항을 갖도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 각각의 특정 화염 억제기(112)를 통과하는 애퍼처들의 사이즈 및/또는 개수에 기초하여, 각각의 특정 화염 억제기(112)에 대해 고유한 화염 유동 저항이 설계될 수 있다.
[0050] 몇몇 양상들에서, 상이한 화염 유동 저항들을 갖는 화염 억제기들(112)은, 화염 또는 연소된 유체의 유동에 영향을 주기 위해 배터리 모듈(100) 내의 특정 위치들에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상대적으로 낮은 화염 유동 저항을 갖는 화염 억제기(112)는 배터리 모듈(100)의 전방 근방(예컨대, 팬(120) 근방)에 배치될 수 있는 한편, 상대적으로 높은 화염 유동 저항을 갖는 화염 억제기(112)는 배터리 모듈(100)의 후방 근방(예컨대, BMS(104) 근방)에 배치될 수 있다. 그러한 시나리오에서, 화염 또는 연소된 유체는, (예컨대, 상이한 화염 유동 저항들로 인한 볼륨(108) 내의 압력 차이들로 인해) 배터리 모듈(100)의 전방 쪽으로 이동하도록 영향을 받을 수 있다. 마찬가지로, 상대적으로 높은 화염 유동 저항을 갖는 화염 억제기(112)가 배터리 모듈(100)의 전방 근방(예컨대, 팬(120) 근방)에 배치될 수 있는 한편, 상대적으로 낮은 화염 유동 저항을 갖는 화염 억제기(112)가 배터리 모듈(100)의 후방 근방(예컨대, BMS(104) 근방)에 배치될 수 있다. 그러한 시나리오에서, 화염 또는 연소된 유체는, (예컨대, 상이한 화염 유동 저항들로 인한 볼륨(108) 내의 압력 차이들로 인해) 배터리 모듈(100)의 후방 쪽으로 이동하도록 영향을 받을 수 있다.
[0051] 도 2a-2b는, 다른 예시적인 배터리 모듈(200)의 개략적인 상단 및 말단 뷰들을 예시한다. 도 2a는 배터리 모듈(200)의 개략적인 상단 뷰를 도시한다. 일반적으로, 배터리 모듈(200)은, 제어된 환경에서 복수의 파워 셀들(202) 및 배터리 관리 시스템(BMS)(204)을 포함하고 그리고 둘러싸고 있다. 배터리 모듈(200)은, 몇몇 양상들에서, 파워 셀들(202) 및 BMS(204)를 동작에 적절한 주변 조건들과 같은 특정 환경 조건들(예컨대, 온도, 및 다른 것들)로 유지할 수 있다. 예를 들어, 예시된 배터리 모듈(200)은, 냉각 장비 및 파워 공급 장비, 이를테면 복수의 파워 셀들(202)에 전기적으로 커플링되고 하우징(206)의 외부로 노출되는 전기적 연결을 포함한다. 몇몇 예들에서, 배터리 모듈(200)은, LiFePO4 배터리 팩, LiCoO2 배터리 팩, LiMnNi 배터리 팩, LiNiMnCo 배터리 팩, 또는 데이터 센터들, 전기 자동차들, 및 하이브리드 자동차들과 같은 다양한 타입들의 장비에 포함시키기 위한 다른 적절한 배터리 팩일 수 있다. 몇몇 예들에서, 적절한 배터리 팩의 각각의 파워 셀(202)은 폼 팩터 18650 리튬-이온 배터리일 수 있다.
[0052] 배터리 모듈(200)은, 내부 볼륨(208)을 정의하는 하우징(206), 하우징(206)의 내부 볼륨(208) 내에 탑재되는 복수의 파워 셀들(202), 및 화염 억제기들(212)을 포함한다. 하우징(206)은, 비-인화성 재료들, 이를테면 높은 용융점을 갖는 금속 합금들로 형성될 수 있다. 내부 볼륨(208)을 정의하는 하우징(206)은 또한, 기류 경로를 포함한다. 하우징(206)은, 하우징(206) 제1 말단 부재(218)에 형성된 애퍼처(216)를 통해 외부 기류(214)를 수용한다. 이러한 예에서, 외부 기류(214)는, 도 2a-2b에 예시된 바와 같이, 내부 볼륨(208)에 대한 공급 기류(예컨대, 냉각 기류)를 생성하는 팬(220)에 의해 순환된다.
[0053] 팬(220)은, 생성된 기류를 전방 화염 억제기(212)를 통해 내부 볼륨(208)에 순환시킬 수 있다. 기류는 내부 볼륨(208) 내의 파워 셀들(202) 주위로 순환된다. 각각의 파워 셀(202)은, 파워 셀(202)의 바디의 직경 및 바디의 길이에 의해 정의되는 실질적으로 원통형의 형상을 갖는다. 기류(214)는, 복수의 파워 셀들(202)을 지나 후방 화염 억제기(212)를 통해 순환되고, 그 후, BMS(204)를 둘러싸는 보조 볼륨(228)으로 순환된다. 기류(214)는 그 후, 말단 부재(226)의 하나 이상의 애퍼처들(224)을 통해 주변 환경으로 순환될 수 있다.
[0054] 각각의 파워 셀(202)은, 파워 셀(202)의 말단에서 벤트 부재(222)를 포함한다. 벤트 부재(222)는 열 에너지 소산을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 벤트 부재(222)는, 파워 셀(202)의 내부 단락 회로 또는 셀(202)의 과도한 가열로부터 발생할 수 있는 높은 내부 압력들의 단일 해제를 허용할 수 있다. 벤트 부재(222)는 또한, 예를 들어, 2차 기능으로서 열 소산을 간접적으로 보조할 수 있다.
[0055] 이러한 예시적인 구현에서의 파워 셀들(202)은, 하우징(206)의 제1 말단 부재(218)에 형성된 애퍼처들(216) 또는 제2 말단 부재(226)에 형성된 애퍼처(224) 중 적어도 하나에 관하여 벤트 부재들(222)이 오프셋 방향을 향하도록 방향성이 있게 내부 볼륨(208)에 탑재된다. 몇몇 구현들에서, 벤트 부재들(222)은, 다중 벤팅(venting) 사고들의 경우에 액체(예컨대, 가연성 전해질)가 볼륨(208) 내에 더 균일하게 분포되도록(예컨대, 그리고 고이지 않도록), 2개의 행(또는 열)마다 하나씩 반대로 배향된다. 이러한 반대 배향은 또한, 파워 셀들(202) 간의 전기적 상호연결의 용이함을 가능하게 할 수 있다. 파워 셀들(202)의 각각의 바디의 축은 또한, 팬(220)과 제2 말단 부재(226) 사이에 정의되는 기류 경로에 실질적으로 직교일 수 있다. 파워 셀들(202)의 배향(애퍼처들에 직교인 벤트들)과 배리어(212)의 결합은 벤트들과 애퍼처들(224) 사이에서의 누설 유체에 대한 우회 경로를 생성할 수 있어서, 유체가 하우징(206)을 벗어나거나 또는 BMS(204)에 도달하는 위험성이 감소된다.
[0056] 파워 셀들(202) 사이에서 기류가 순환되기 때문에, 파워 셀들(202)로부터 기류로 열이 전달된다. 몇몇 구현들에서, 도 2b에 예시된 바와 같이, 파워 셀들(202)은, 셀 바디들 간에 간격을 형성하는 특정 구성으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 인접 파워 셀들(202) 간의 대략적으로 2-3 mm의 거리는, 파워 셀들(202)로부터 에어로의 열 전달을 가능하게 하여 인접 셀 가열을 실질적으로 감소시킬 수 있다. 몇몇 구현들에서, 파워 셀들(202)에 의해 생성되어 기류로 전달되는 열의 양은, 예를 들어, 디바이스들의 온도에 관한 기류의 온도, 기류의 유량, 및 파워 셀들(202)의 밀도에 관련될 수 있다.
[0057] 기류(214)는 후방 화염 억제기(212)를 통해 내부 볼륨(208)을 퇴장함으로써, BMS(204)를 포함하는 보조 볼륨(228)의 온도를 조정할 수 있다. BMS(204)는, 이를테면, 파워 셀들(202)이 임계 조건들에서 동작하는 것을 보호함으로써 파워 셀들(202)을 관리하는 전자 시스템이다. BMS(204)는, 파워 셀들(202)의 상태를 모니터링하여 2차 데이터를 계산하고, 그 데이터를 리포팅하고, 환경을 제어하고, 데이터를 인증하고, 데이터를 밸런싱할 수 있다. 예를 들어, BMS(204)는, 내부 볼륨(208)으로부터 배기되는 에어의 온도를 모니터링함으로써 배터리 모듈(200)의 환경을 제어할 수 있다. 에어는, 하우징(206)의 제2 말단 부재(226)에 형성된 애퍼처들(224)을 통해 보조 볼륨(228)을 퇴장할 수 있다. 몇몇 구현들에서, 제2 말단 부재(226)는, 기류의 퇴장은 가능하게 하지만 파워 셀(202)이 고장난 경우에 외부 환경의 손상을 방지하는 기하학적 구조 및 어레인지먼트를 애퍼처들(224)이 갖도록, 배리어로서 또한 설계된다.
[0058] 배터리 모듈(200)은 추가로, 복수의 파워 셀들(202) 각각과 하우징(206)의 내부 표면 사이에 에어 갭(air gap)을 포함할 수 있으며, 여기에 단열 재료(230)가 탑재된다. 예를 들어, 단열 재료(230)는, 하우징(206)의 측부, 상단, 또는 하단에 부가되어 내부 또는 외부 고장의 이벤트에서 하우징(206)을 절연시켜 배터리 내부로 그리고 배터리 외부로의 열 전달을 현저하게 감소시킴으로써, 예를 들면, 이벤트의 전파를 방지하고 그리고/또는 인접 하우징(206)으로부터 하우징(206)으로의 열 유동을 제한할 수 있다. 몇몇 구현들에서, 단열 재료(230)는, 하우징(206)의 성형 화합물보다 더 높은 열 전도 계수를 갖는 알루미늄-산화물 세라믹과 같은 세라믹 매체 층일 수 있다. 단열 재료(230)는 또한, 온도의 급격한 상승을 유발할 수 있는 파워 셀(202)의 고장 이후에, 배터리 모듈(200)의 무결성을 유지하기 위한 높은 열 충격 저항 성능을 특징으로 할 수 있다.
[0059] 도 2a-2b에 예시된 바와 같이, 열 차폐부(240)는 하우징(206)의 길이를 따라 볼륨(208) 내에 위치된다. 이러한 예에서, 열 차폐부(240)는, 화염 억제기들(212) 사이에서 하우징(206)의 길이를 따라 연장된다. 대안적인 예들에서, 열 차폐부(240)는, 더 짧거나(예컨대, 화염 억제기들(212) 사이의 거리 미만인 길이로 연장됨) 또는 더 길 수 있다(예컨대, 하우징(206)의 전체 길이로 연장됨). 추가로, 열 차폐부(240)가 하우징(206)의 일 측 상에 도시되지만, 부가적인 열 차폐부들이 하우징(206) 내에(예컨대, 4개의 세로(lengthwise) 측들 전부를 따라 하우징(206)에 또는 하우징(206)에 대해) 또한 위치될 수 있다. 일반적으로, 열 차폐부(240)는, 열에 대한 추가적인 절연, 및/또는 모듈(200)을 벗어나는 연소성 유체들에 대해 (하우징(206)과 함께) 부가적인 배리어를 제공할 수 있다. 예를 들어, 열 차폐부(240)는, 높은 R-값 재료 및/또는 높은 용융점 및 낮은 연기 등급을 갖는 비-가연성 재료로 이루어질 수 있다.
[0060] 배터리 모듈(100)에 대해서와 같이, 이러한 예에서 전방 및 후방 화염 억제기(212)가 도시되지만, 대안적인 구현들은, 화염 억제기들(212) 중 오직 하나만(예컨대, 전방 또는 후방 화염 억제기(212) 중 어느 하나)을 포함할 수 있거나, 또는 2개 초과의 화염 억제기들(212)(예컨대, BMS(204)와 제2 말단 부재(226) 사이의 부가적인 어레스터(212) 또는 하우징(206) 내의 리던던트 화염 억제기들(212))을 포함할 수 있다. 일반적으로, 화염 억제기들(212) 각각은, 화염 억제기들(112)과 마찬가지로, 연소된 유체(예컨대, 화염)의 유동이 그들을 통과하는 것을 방지하거나 또는 실질적으로 방해하는 스크리닝 부재(예컨대, 메시, 스크린, 직물 재료, 천공 시트, 다공성 엘리먼트, 및/또는 와이어 패드)일 수 있거나 또는 그들을 포함할 수 있다. 화염 억제기들(212)은 또한, 연소된 유체 또는 화염의 유동으로부터 에너지를 제거할 수 있다. 화염 억제기(212)는, 세라믹, 금속, 또는 적절한 용융점 및 연기 등급(smoke rating)을 갖는 다른 재료로 이루어질 수 있다. 스크리닝 부재는, 기류(214)와 같은 비연소된 기류가 통과되게 하면서 여전히 연소된 유체(예컨대, 산소를 갖는 또는 산소가 없는 전해질)의 유동을 방지하거나 또는 방해하는 애퍼처들을 포함한다. 추가로, 몇몇 양상들에서, (위에 설명된 바와 같이) 화염 억제기들(212)은 하우징(206) 내에 위치될 수 있고, 하우징(206)은, 전해질 벤팅 동안 가연성 유체의 실질적으로 완전 연소가 발생하게 하기에 충분한 볼륨이 하우징 내에서 이용가능하도록 설계될 수 있다.
[0061] 도 2a-2b에 예시된 바와 같이, 배터리 모듈(200)의 출구들은 최소화되고 그리고 화염 억제기들(212)에 의해 경계 지어진다. 예를 들면, 배터리 모듈(200)에 대한 전방 출구(또는 입구)는, 팬(220)에 의해 기류(214)가 모듈(200) 내로 순환되게 하는 애퍼처(216)이다. 여기서, 전방 화염 억제기(212)는, 예컨대 복수의 파워 셀들(202)과 애퍼처(216) 사이에 (예컨대, 기류는 허용하지만 연소된 유체들은 방해하기 위한) 통과 배리어를 형성한다. 또한, 배터리 모듈(200)에 대한 후방 출구(또는 입구)는, 팬(220)에 의해 기류(214)가 모듈(200) 밖으로 순환되게 하는 애퍼처(들)(224)이다. 여기서, 후방 화염 억제기(212)는, 예컨대 복수의 파워 셀들(202)과 애퍼처(들)(224) 사이에 (예컨대, 기류는 허용하지만 연소된 유체들은 방해하기 위한) 통과 배리어를 형성한다.
[0062] 이러한 예시된 구현에서, 화염 억제기들(212)은, 어레스터들(212)의 측부들 간에 형성되는 하나 이상의 와이어 홀(wire hole)들(232)을 포함하며, 그에 의해, 화염 억제기들(212)의 일 측으로부터 어레스터들(212)의 반대 측들로의 통로가 형성된다. 예시된 바와 같이, 이를테면 외부 연결(234)(예컨대, 파워, 데이터, 또는 다른 것들)로부터의 하나 이상의 와이어들(240), 팬(220), 복수의 파워 셀들(202) 중 하나 이상, 및/또는 BMS(204)는, 모듈(200)의 길이를 따라 홀들(232)을 통과할 수 있다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 홀들(232)은, 화염 억제기들(212) 상의 하나 이상의 높이들에서 형성될 수 있다. 추가로, 홀들(232)은, 각각의 화염 억제기(212)의 오직 하나의 말단 상에 형성되는 것으로 도시되지만, 화염 억제기(212)의 둘 모두의 말단들 상에 형성될 수 있을 뿐만 아니라 화염 억제기(212)의 상단 및/또는 하단 부분 상에 형성될 수 있다.
[0063] 이러한 예시된 예에서, 와이어들(240)은, 와이어들(240)과 하우징(206)의 측벽들 사이에서 열 차폐부(240)를 갖는 하우징(206)의 길이로 연장되는 것으로 예시된다. 이러한 방식에서, 열 차폐부(240)는, 모듈(200) 외부의 화염 및/또는 과도한 열로부터 와이어들(240)을 보호하거나 또는 보호하는 것을 도울 수 있다. 대안적인 양상들에서, 열 차폐부(240)는, 와이어들(240)이 열 차폐부(240)와 하우징(206) 사이에 있도록 위치될 수 있다(또는 다른 열 차폐부(240)가 부가될 수 있음). 그러한 예들에서, 와이어들(240)은 또한, 모듈(200) 내부의 화염 및/또는 과도한 열에 대해 (예컨대, 열 차폐부(240)에 의해) 보호될 수 있다.
[0064] 도 3은, 다른 예시적인 배터리 모듈(300)의 개략적인 상단 뷰를 예시한다. 이러한 예시된 예에서, 배터리 모듈(300)은, 강제된 대류가 아니라 자연 대류를 사용하여 복수의 파워 셀들(302) 및/또는 BMS(304)를 냉각시킬 수 있다. 도 3은 배터리 모듈(300)의 개략적인 상단 뷰를 도시한다. 일반적으로, 배터리 모듈(300)은, 제어된 환경에서 복수의 파워 셀들(302) 및 배터리 관리 시스템(BMS)(304)을 포함하고 그리고 둘러싸고 있다. 배터리 모듈(300)은, 몇몇 양상들에서, 파워 셀들(302) 및 BMS(304)를 동작에 적절한 주변 조건들과 같은 특정 환경 조건들(예컨대, 온도, 및 다른 것들)로 유지할 수 있다. 몇몇 예들에서, 배터리 모듈(300)은, LiFePO4 배터리 팩, LiCoO2 배터리 팩, LiMnNi 배터리 팩, LiNiMnCo 배터리 팩, 또는 데이터 센터들, 전기 자동차들, 및 하이브리드 자동차들과 같은 다양한 타입들의 장비에 포함시키기 위한 다른 적절한 배터리 팩일 수 있다. 몇몇 예들에서, 적절한 배터리 팩의 각각의 파워 셀(302)은 폼 팩터 18650 리튬-이온 배터리일 수 있다.
[0065] 배터리 모듈(300)은, 내부 볼륨(308)을 정의하는 하우징(306), 하우징(306)의 내부 볼륨(308) 내에 탑재되는 복수의 파워 셀들(302), 및 화염 억제기들(312)을 포함한다. 하우징(306)은, 비-인화성 재료들, 이를테면 높은 용융점을 갖는 금속 합금들로 형성될 수 있다. 내부 볼륨(308)을 정의하는 하우징(306)은 또한, 기류 경로를 포함한다. 하우징(306)은, 하우징(306) 제1 말단 부재(318)에 형성된 애퍼처(316)를 통해 외부 기류(314)를 수용한다. 이러한 예에서, 외부 기류(314)는, (예컨대, 압력 차이로 인해) 내부 볼륨(308) 내에서 자연적으로 순환된다. 또한, 몇몇 예들에서, 모듈(300)은, 모듈(300) 외부의 하나 이상의 팬들에 의해 생성되는 강제된 순환 기류(314)를 포함할 수 있다.
[0066] 기류(314)는, 전방 화염 억제기(312)를 통해 내부 볼륨(308)으로 이동할 수 있다. 기류는 내부 볼륨(308) 내의 파워 셀들(302) 주위로 순환된다. 각각의 파워 셀(302)은, 파워 셀(302)의 바디의 직경 및 바디의 길이에 의해 정의되는 실질적으로 원통형의 형상을 갖는다. 기류(314)는, 복수의 파워 셀들(302)을 지나 후방 화염 억제기(312)를 통해 순환되고, 그 후, BMS(304)를 둘러싸는 보조 볼륨(328)으로 순환된다. 기류(314)는 그 후, 말단 부재(326)의 하나 이상의 애퍼처들(324)을 통해 주변 환경으로 순환될 수 있다.
[0067] 각각의 파워 셀(302)은, 파워 셀(302)의 말단에서 벤트 부재(322)를 포함한다. 벤트 부재(322)는 열 에너지 소산을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 벤트 부재(322)는, 파워 셀(302)의 내부 단락 회로 또는 셀(302)의 과도한 가열로부터 발생할 수 있는 높은 내부 압력들의 단일 해제를 허용할 수 있다. 벤트 부재(322)는 또한, 예를 들어, 2차 기능으로서 열 소산을 간접적으로 보조할 수 있다.
[0068] 이러한 예시적인 구현에서의 파워 셀들(302)은, 하우징(306)의 제1 말단 부재(318)에 형성된 애퍼처들(316) 또는 제2 말단 부재(326)에 형성된 애퍼처(324) 중 적어도 하나에 관하여 벤트 부재들(322)이 오프셋 방향을 향하도록 방향성이 있게 내부 볼륨(308)에 탑재된다. 몇몇 구현들에서, 벤트 부재들(322)은, 다중 벤팅 사고들의 경우에 액체(예컨대, 가연성 전해질)가 볼륨(308) 내에 더 균일하게 분포되도록(예컨대, 그리고 고이지 않도록), 2개의 행(또는 열)마다 하나씩 반대로 배향된다. 이러한 반대 배향은 또한, 파워 셀들(302) 간의 전기적 상호연결의 용이함을 가능하게 할 수 있다. 파워 셀들(302)의 각각의 바디의 축은 또한, 기류 경로에 대해 실질적으로 직교일 수 있다. 파워 셀들(302)의 배향(애퍼처들에 직교인 벤트들)과 배리어(312)의 결합은 벤트들과 애퍼처들(324) 사이에서의 누설 유체에 대한 우회 경로를 생성할 수 있어서, 유체가 하우징(306)을 벗어나거나 또는 BMS(304)에 도달하는 위험성이 감소된다.
[0069] 파워 셀들(302) 사이에서 기류가 순환되기 때문에, 파워 셀들(302)로부터 기류로 열이 전달된다. 몇몇 구현들에서, 파워 셀들(302)은, 셀 바디들 간에 간격을 형성하는 특정 구성으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 인접 파워 셀들(302) 간의 대략적으로 2-3 mm의 거리는, 파워 셀들(302)로부터 에어로의 열 전달을 가능하게 하여 인접 셀 가열을 실질적으로 감소시킬 수 있다. 몇몇 구현들에서, 파워 셀들(302)에 의해 생성되어 기류로 전달되는 열의 양은, 예를 들어, 디바이스들의 온도에 관한 기류의 온도, 기류의 유량, 및 파워 셀들(302)의 밀도에 관련될 수 있다.
[0070] 기류(314)는 후방 화염 억제기(312)를 통해 내부 볼륨(308)을 퇴장함으로써, BMS(304)를 포함하는 보조 볼륨(328)의 온도를 조정할 수 있다. BMS(304)는, 이를테면, 파워 셀들(302)이 임계 조건들에서 동작하는 것을 보호함으로써 파워 셀들(302)을 관리하는 전자 시스템이다. BMS(304)는, 파워 셀들(302)의 상태를 모니터링하여 2차 데이터를 계산하고, 그 데이터를 리포팅하고, 환경을 제어하고, 데이터를 인증하고, 데이터를 밸런싱할 수 있다. 예를 들어, BMS(304)는, 내부 볼륨(308)으로부터 배기되는 에어의 온도를 모니터링함으로써 배터리 모듈(300)의 환경을 제어할 수 있다. 에어는, 하우징(306)의 제2 말단 부재(326)에 형성된 애퍼처들(324)을 통해 보조 볼륨(328)을 퇴장할 수 있다. 몇몇 구현들에서, 제2 말단 부재(326)는, 기류의 퇴장은 가능하게 하지만 파워 셀(302)이 고장난 경우에 외부 환경의 손상을 방지하는 기하학적 구조 및 어레인지먼트를 애퍼처들(324)이 갖도록, 배리어로서 또한 설계된다.
[0071] 배터리 모듈(300)은 추가로, 복수의 파워 셀들(302) 각각과 하우징(306)의 내부 표면 사이에 에어 갭(air gap)을 포함할 수 있으며, 여기에 단열 재료(330)가 탑재된다. 예를 들어, 단열 재료(330)는, 하우징(306)의 측부, 상단, 또는 하단에 부가되어 내부 또는 외부 고장의 이벤트에서 하우징(306)을 절연시켜 배터리 내부로 그리고 배터리 외부로의 열 전달을 현저하게 감소시킴으로써, 예를 들면, 이벤트의 전파를 방지하고 그리고/또는 인접 하우징(306)으로부터 하우징(306)으로의 열 유동을 제한할 수 있다. 몇몇 구현들에서, 단열 재료(330)는, 하우징(306)의 성형 화합물보다 더 높은 열 전도 계수를 갖는 알루미늄-산화물 세라믹과 같은 세라믹 매체 층일 수 있다. 단열 재료(330)는 또한, 온도의 급격한 상승을 유발할 수 있는 파워 셀(302)의 고장 이후에, 배터리 모듈(300)의 무결성을 유지하기 위한 높은 열 충격 저항 성능을 특징으로 할 수 있다.
[0072] 이러한 예에서 전방 및 후방 화염 억제기(312)가 도시되지만, 대안적인 구현들은, 화염 억제기들(312) 중 오직 하나만(예컨대, 전방 또는 후방 화염 억제기(312) 중 어느 하나)을 포함할 수 있거나, 또는 2개 초과의 화염 억제기들(312)(예컨대, BMS(304)와 제2 말단 부재(326) 사이의 부가적인 어레스터(312) 또는 하우징(306) 내의 리던던트 화염 억제기들(312))을 포함할 수 있다. 일반적으로, 화염 억제기들(312) 각각은, 연소된 유체(예컨대, 화염)의 유동이 그들을 통과하는 것을 방지하거나 또는 실질적으로 방해하는 스크리닝 부재(예컨대, 메시, 스크린, 직물 재료, 천공 시트, 다공성 엘리먼트, 및/또는 와이어 패드)일 수 있거나 또는 그들을 포함할 수 있다. 화염 억제기(312)는, 세라믹, 금속, 또는 적절한 용융점 및 연기 등급(smoke rating)을 갖는 다른 재료로 이루어질 수 있다. 스크리닝 부재는, 기류(314)와 같은 비연소된 기류가 통과되게 하면서 여전히 연소된 유체의 유동을 방지하거나 또는 방해하는 애퍼처들을 포함한다. 몇몇 양상들에서, 연소된 유체는, 벤트 부재들(322)로부터 누출되어 모듈(300) 내의 온도 조건(예컨대, 과열)으로 인해 연소된, 복수의 파워 셀들(302)로부터의 전해질 용액일 수 있다. 몇몇 양상들에서, 연소된 유체는 또한, 전해질 용액(예컨대, 연소 연료)과 결합하는, 기류(314) 내의 (예컨대, 산화제로서의) 산소를 포함할 수 있다. 화염 억제기(312)는 또한, 화염 또는 연소된 유체로부터 에너지를 제거하거나 또는 흡수할 수 있다.
[0073] 몇몇 양상들에서, 화염 억제기들(312)은 하우징(306) 내에 위치될 수 있고, 하우징(306)은, 전해질 벤팅 동안 가연성 유체의 실질적으로 완전 연소가 발생하게 하기에 충분한 볼륨이 하우징 내에서 이용가능하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 완전 연소를 허용하기 위한 충분한 볼륨을 하우징 내에(예컨대, 화염 억제기들(312) 사이에) 포함시킴으로써, 하우징의 경계들의 외부(그리고 몇몇 양상들에서는, 화염 억제기들(312)에 의해 경계 지어지는(bounded) 볼륨의 외부)에서의 가연성 유체들의 2차 발화가 최소화되거나 또는 방지된다.
[0074] 도 3에 예시된 바와 같이, 배터리 모듈(300)의 출구들은 최소화되고 그리고 화염 억제기들(312)에 의해 경계 지어진다. 예를 들면, 배터리 모듈(300)에 대한 전방 출구(또는 입구)는, 기류(314)가 모듈(300) 내로 순환되게 하는 애퍼처(316)이다. 여기서, 전방 화염 억제기(312)는, 예컨대 복수의 파워 셀들(302)과 애퍼처(316) 사이에 (예컨대, 기류는 허용하지만 연소된 유체들은 방해하기 위한) 통과 배리어를 형성한다. 또한, 배터리 모듈(300)에 대한 후방 출구(또는 입구)는, 기류(314)가 모듈(300) 밖으로 순환되게 하는 애퍼처(들)(324)이다. 여기서, 후방 화염 억제기(312)는, 예컨대 복수의 파워 셀들(302)과 애퍼처(들)(324) 사이에 (예컨대, 기류는 허용하지만 연소된 유체들은 방해하기 위한) 통과 배리어를 형성한다.
[0075] 도 4a-4d는, 배터리 모듈에서 사용되는 화염 억제기 서브-어셈블리의 예시적인 구현들을 예시한다. 예시되는 도시된 화염 억제기 서브-어셈블리들 각각은, 예를 들면, 위에 설명된 화염 억제기들(112/212/312) 중 하나 이상으로서 사용될 수 있다. 도 4a는, 화염 억제기 서브-어셈블리(400)의 특정한 예시적인 구현을 도시한다. 이러한 예에서, 화염 억제기 서브-어셈블리(400)는, 단순히 스크린 또는 메시 부재(예컨대, 직물 재료, 천공 시트, 다공성 엘리먼트, 및/또는 와이어 패드)로 이루어질 수 있다. 화염 억제기 서브-어셈블리(400)는 강성(rigid)일 수 있고, 예를 들면, 배터리 모듈의 하우징에 부착가능할 수 있다. 화염 억제기 서브-어셈블리(400)는, 도시된 바와 같이, 그들을 통과하는 비연소된 기류는 허용하면서 연소된 유체(예컨대, 화염들)가 그들을 통해 유동하는 것을 방해 또는 방지하도록 치수화될 수 있는 다수의 애퍼처들을 포함한다. 화염 억제기 서브-어셈블리(400)는, 세라믹 또는 금속 또는 다른 재료들(이는, 높은 용융점들, 낮은 연소성, 및/또는 낮은 연기 생성 속성들을 갖는 재료들을 포함할 수 있음)로 이루어질 수 있다. 따라서, 화염 억제기 서브-어셈블리(400)는, 연소된 유체 또는 화염으로부터 에너지를 제거함으로써 화염의 확산을 방해하는 것을 돕거나 또는 방지할 수 있다.
[0076] 도 4b는, 화염 억제기 서브-어셈블리(410)의 다른 예시적인 구현을 도시한다. 화염 억제기 서브-어셈블리(410)는, 프레임(412) 내에 둘러싸이는 스크린 부재(414)를 포함한다. 스크린 부재(414)는, 화염 억제기 서브-어셈블리(400)와 실질적으로 유사할 수 있다. 프레임(412)은 스크린 부재(414)를 엄격하게(rigidly) 둘러쌀 수 있고, 예를 들면, 본원에 설명되는 하우징 또는 배터리 모듈의 다른 컴포넌트에 부착가능할 수 있다. 몇몇 양상들에서, 프레임(412)은, 프레임(412) 내에 (예컨대, 그들을 통과하는 에어 또는 유체의 유동에 관하여) 연속적으로(in series) 탑재되는 다수의 스크린 부재들(414)을 둘러쌀 수 있다. 몇몇 양상들에서, 스크린 부재들(414) 각각은, 별개의 특성들, 이를테면, 애퍼처 사이즈 또는 메시 두께, 재료, 또는 다른 것들을 가질 수 있다. 예를 들면, 하나의 스크린 부재(414)는 다른 스크린 부재(414)에 비교할 경우 상대적으로 정밀(fine)할 수 있으며, 그에 의해, 그들을 통과하는 연소된 유체의 유동에 대한 상이한 배리어들이 제공되면서 그들을 통과하는 기류가 계속 허용된다.
[0077] 도 4c는, 화염 억제기 서브-어셈블리(420)의 다른 예시적인 구현을 도시한다. 화염 억제기 서브-어셈블리(420)는, 프레임(422) 내에 둘러싸이는 스크린 부재(424)를 포함한다. 스크린 부재(424)는, 화염 억제기 서브-어셈블리(400)와 실질적으로 유사할 수 있다. 프레임(422)은 스크린 부재(424)를 엄격하게 둘러쌀 수 있고, 예를 들면, 본원에 설명되는 하우징 또는 배터리 모듈의 다른 컴포넌트에 부착가능할 수 있다. 화염 억제기 서브-어셈블리(410)에 대해서와 같이, 몇몇 양상들에서, 프레임(422)은, 화염 억제기 서브-어셈블리(420)의 상단 뷰인 도 4d에 도시된 바와 같이, 프레임(422) 내에 (예컨대, 그들을 통과하는 에어 또는 유체의 유동에 관하여) 연속적으로 탑재되는 다수의 스크린 부재들(424)을 둘러쌀 수 있다. 도 4d에 도시된 바와 같이, 프레임(422)의 부분(432)은 2개의 스크린 부재들(422) 사이에 위치될 수 있으며, 그에 의해, 예를 들면, 화염 억제기 서브-어셈블리(420)에 대한 구조적 강성이 제공된다.
[0078] 몇몇 양상들에서, 스크린 부재들(424) 각각은, 별개의 특성들, 이를테면, 애퍼처 사이즈 또는 메시 두께, 재료, 또는 다른 것들을 가질 수 있다. 예를 들면, 하나의 스크린 부재(424)는 다른 스크린 부재(424)에 비교할 경우 상대적으로 정밀(fine)할 수 있으며, 그에 의해, 그들을 통과하는 연소된 유체의 유동에 대한 상이한 배리어들이 제공되면서 (예시된 바와 같이) 그들을 통과하는 기류가 계속 허용된다.
[0079] 예시된 바와 같이, 프레임(422)은, 2개의 절반부들(428)을 포함하는 측부 부분(426)을 포함한다. 함께 피팅(fit)된(예컨대, 부착되거나 또는 커플링된) 2개의 절반부들(428)을 갖는 예시된 예에서, 와이어 홀들(430)이 형성된다. (예컨대, 측부 부분(426)의 반대 측부 상의) 프레임(422)의 부가적인 부분들이 또한 분할되거나 또는 그렇지 않으면, 하나 이상의 와이어 홀들(430)을 형성하도록 설계될 수 있다.
[0080] 도 5는, 배터리 모듈에서의 연소 이벤트를 관리하는 방법(500)에 대한 흐름도를 예시한다. 몇몇 양상들에서, 방법(500)은, 배터리 모듈들(100, 200, 및/또는 300), 또는 본 개시내용의 범위 내의 다른 배터리 모듈들 중 하나 이상을 이용하여 구현될 수 있다. 방법(500)은, 데이터 센터에 배터리 모듈을 위치시키는 단계(502)를 포함한다.
[0081] 예를 들어, 배터리 모듈, 이를테면 본원에 설명된 배터리 모듈의 하나 이상의 구현들은, 서버 랙(server rack)들에서, 마더보드들 상에서, 또는 다른 것들에서 지원되는 전자 디바이스들(예컨대, 서버들, 프로세서들, 메모리, 네트워킹 디바이스들, 및 다른 것들)에 파워(예컨대, 1차 또는 2차 파워)를 공급하는데 사용될 수 있다. 몇몇 예들에서, 하나 이상의 배터리 모듈들은, 전자 디바이스들을 갖는 서버 랙에 또는 그에 인접하게 탑재될 수 있다.
[0082] 방법(500)은 또한, 배터리 모듈 내의 복수의 파워 셀들을 냉각시키기 위해 기류를 순환시키는 단계(504)를 포함한다. 몇몇 양상들에서, 모듈 내부 및/또는 외부의 팬은, 기류 경로를 통하여 배터리 모듈의 일 말단의 개구부들을 통해 기류를 순환시켜 파워 셀들 및/또는 다른 열 생성 컴포넌트들(예컨대, 배터리 관리 시스템)을 냉각시킬 수 있고, 배터리 모듈의 다른 말단의 개구부들을 통해 배터리 모듈 외부로 기류를 순환시킬 수 있다. 몇몇 양상들에서, 배터리 모듈을 통해 냉각 기류를 유동시키는데 자연 대류가 사용될 수 있다.
[0083] 방법(500)은 또한, 배터리 모듈 내에 탑재된 화염 억제기를 통해 기류를 순환시키는 단계(506)를 포함한다. 예를 들어, 배터리 모듈의 (예컨대, 연소 이벤트 발생이 없는) 정상 동작 동안, 기류는, 배터리 모듈 내에 탑재된 하나 이상의 화염 억제기들을 통과할 수 있다. 화염 억제기들은, 그들을 통과하는 기류를 허용하는 스크린, 메시, 또는 다공성 부재를 포함한다. 따라서, 배터리 모듈의 정상 동작 동안, 배터리 모듈에 탑재된 화염 억제기들은, 파워 셀들을 냉각시키기 위한 냉각 기류의 유동에 대해 어떠한 영향도 가지지 않거나 또는 무시가능한 영향을 가질 수 있다.
[0084] 방법(500)은 또한, 점화된 유체가 배터리 모듈로부터 주변 환경으로 통과하는 것을 방해하는 단계(508)를 포함한다. 예를 들면, 연소 이벤트는 배터리 모듈 내에서 또는 배터리 모듈의 외부에서 발생할 수 있다. 연소 이벤트는, 하나 이상의 가연성 유체들이 연소되는 것을 야기하는 고온 이벤트의 배터리 모듈 내부 또는 외부에서의 발생일 수 있다. 가연성 유체들은, 예를 들면, 파워 셀들에 포함된 전해질 용액을 포함할 수 있는데, 이는, 벤트 부재를 통해, 배터리 모듈에 탑재된 각각의 파워 셀을 이탈할 수 있다. 따라서, 예시적인 연소 이벤트 시나리오 동안, 벤팅된 전해질 용액이 배터리 모듈 내에서 연소될 수 있으며, 그에 의해, 모듈 내에 연소된 유체(예컨대, 화염들)가 형성된다. 몇몇 양상들에서, 배터리 모듈의 볼륨 내부에서의 파워 셀들 및 화염 억제기들의 어레인지먼트로 인해, 연소된 유체는 화염 억제기들을 통해서만 배터리 모듈을 이탈할 수 있다. 단계(508)에서, 화염 억제기들은 연소된 유체 및/또는 화염들이 그들을 통과하여 유동하는 것을 방해 또는 방지할 수 있으며, 그에 의해, 배터리 모듈 내로 연소된 유체 및/또는 화염들이 억제된다.
[0085] 방법(500)은 또한, 연소 파면(wave front)으로부터 에너지를 제거하는 단계(510)를 포함한다. 예를 들면, 점화된 유체는, 방해받지 않으면 배터리 모듈을 넘어 연장될 수 있는 연소 파면 또는 화염면(flame front)을 생성할 수 있다. 화염 억제기들이 더 낮은 온도에 있을 수 있거나 또는 양호한 열 전도체들일 수 있기 때문에, 연소 화염면으로부터의 에너지(예컨대, 열)는 연소 화염면으로부터 화염 억제기들로 전달될 수 있다. 에너지가 전달되고 연소 화염면의 에너지의 양이 감소되므로, 연소 화염면은 방해를 받거나 또는 감소될 수 있다.
[0086] 다수의 예들이 설명되었다. 그럼에도 불구하고, 다양한 수정들이 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 전체 기류는 또한, (좌측에서 우측으로의 기류이고 "푸시(push) 냉각 시스템"인 도면들과 비교되는) "풀(pull) 냉각 시스템"에서는 우측에서 좌측으로 일 수 있다. 풀 시스템은 종종 "네거티브(negative) 압력 냉각 시스템"으로 지칭되고, 푸시 시스템은 종종 "포지티브(positive) 압력 냉각 시스템"으로 지칭된다. 퍼텐셜 필드(potential field) 효과 중 임의의 타입과 마찬가지로, 유동을 유도하는 것은 그래디언트(gradient)이다. 추가로, 예를 들어, 도 5의 예시적인 흐름도의 단계들은 다른 순서들로 수행될 수 있고, 몇몇 단계들은 제거될 수 있으며, 다른 단계들이 부가될 수 있다. 다른 예로서, 배터리 모듈(예컨대, 배터리 모듈(100) 또는 다른 것들)은, 말단들 상의 기류 개구부들 대신, 또는 그에 부가하여, 측부들 또는 상단들 상에 기류 개구부들을 포함할 수 있다. 따라서, 다른 예들이 다음의 청구항들의 범위 내에 있다.

Claims (21)

  1. 배터리 모듈로서,
    내부 볼륨(volume)을 정의하는 하우징(housing) ― 상기 하우징은, 상기 하우징의 제1 말단(end) 부재에 형성된 애퍼처(aperture)로부터 상기 내부 볼륨을 통해 상기 하우징의 제2 말단 부재에 형성된 애퍼처로의 기류 경로(airflow path)를 포함함 ―;
    상기 하우징의 상기 내부 볼륨에 탑재되는 복수의 파워 셀(power cell)들 ― 상기 파워 셀들 각각은 파워 셀의 말단에서 벤트 부재(vent member)를 포함함 ―; 및
    상기 기류 경로에 걸쳐, 상기 하우징의 상기 제2 말단 부재에 형성된 애퍼처와 상기 복수의 파워 셀들 사이에 탑재되는 화염 억제기(flame arrestor)
    를 포함하며,
    상기 화염 억제기는 복수의 유체 통로(pathway)들을 포함하는 스크린(screen)을 포함하고, 상기 복수의 유체 통로들은, 상기 기류 경로로부터 상기 유체 통로들을 통과하는 기류를 허용하도록 치수화(size)되고 그리고 연소된 유체가 유체 통로들을 통과하는 것을 방해(impede)하도록 치수화되는,
    배터리 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징의 상기 제1 말단 부재에 형성된 애퍼처와 상기 하우징의 상기 제2 말단 부재에 형성된 애퍼처 사이에서 상기 기류를 순환시키도록 상기 하우징 내에 탑재되는 팬(fan)을 더 포함하는,
    배터리 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 파워 셀들은, 상기 하우징의 상기 제1 말단 부재에 형성된 애퍼처 또는 상기 제2 말단 부재에 형성된 애퍼처 중 적어도 하나에 관하여 벤트 부재들이 오프셋 방향(offset direction)을 향하도록 방향성이 있게(directionally) 상기 내부 볼륨에 탑재되는,
    배터리 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 화염 억제기는 상기 하우징에 부착가능한 프레임(frame)을 더 포함하고, 상기 스크린은 상기 프레임 내에 탑재되는,
    배터리 모듈.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 프레임은, 상기 화염 억제기의 측부(side)들 간에 케이블 통로를 형성하는 관통 홀(through hole)을 포함하는,
    배터리 모듈.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 스크린은 제1 스크린을 포함하고, 상기 화염 억제기는, 상기 제1 스크린과 실질적으로 평행하게 상기 프레임 내에 탑재되는 제2 스크린을 더 포함하는,
    배터리 모듈.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제2 스크린은 복수의 제2 유체 통로들을 포함하고, 상기 제2 유체 통로들의 적어도 부분은, 상기 제1 스크린의 유체 통로들의 부분과 상이한 사이즈들을 갖는,
    배터리 모듈.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 화염 억제기는 제1 화염 억제기를 포함하고,
    상기 모듈은, 상기 기류 경로에 걸쳐, 상기 하우징의 상기 제1 말단 부재에 형성된 애퍼처와 상기 복수의 파워 셀들 사이에 탑재되는 제2 화염 억제기를 더 포함하고,
    상기 제2 화염 억제기는, 복수의 유체 통로들을 포함하는 스크린을 포함하고, 상기 복수의 유체 통로들은, 상기 기류 경로로부터 상기 유체 통로들을 통과하는 기류를 허용하도록 치수화되고 그리고 연소된 유체가 유체 통로들을 통과하는 것을 방해하도록 치수화되는,
    배터리 모듈.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 파워 셀들은 복수의 리튬-이온 배터리들을 포함하는,
    배터리 모듈.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 리튬-이온 배터리들 각각은, 폼 팩터(form factor) 18650 리튬-이온 배터리를 포함하는,
    배터리 모듈.
  11. 배터리 모듈에서의 연소 이벤트를 관리하는 방법으로서,
    상기 배터리 모듈을 데이터 센터(data center)에 위치시키는 단계 ― 상기 배터리 모듈은, 제1 말단 부재 및 제2 말단 부재를 갖는 하우징을 포함하고, 상기 하우징 내에 복수의 파워 셀들이 탑재되고, 상기 파워 셀들 각각은 상기 파워 셀의 말단에서 벤트 부재를 포함함 ―;
    상기 복수의 파워 셀들을 냉각시키기 위해, 상기 제1 말단 부재의 애퍼처로부터 상기 하우징의 내부 볼륨을 통해 상기 제2 말단 부재의 애퍼처로 기류를 순환시키는 단계;
    상기 하우징의 상기 제2 말단 부재에 형성된 애퍼처와 상기 복수의 파워 셀들 사이에서 상기 하우징 내에 탑재되는 화염 억제기를 통해 상기 기류를 순환시키는 단계; 및
    상기 화염 억제기를 이용하여, 상기 데이터 센터의 주변 환경으로 연소된 유체가 상기 하우징을 통과하는 것을 방해하는 단계를 포함하는,
    배터리 모듈에서의 연소 이벤트를 관리하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 하우징에 탑재된 팬을 이용하여 상기 기류를 순환시키는 단계를 더 포함하는,
    배터리 모듈에서의 연소 이벤트를 관리하는 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 기류는 자연 대류(natural convection)를 통해 순환되는,
    배터리 모듈에서의 연소 이벤트를 관리하는 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 화염 억제기를 통해 기류를 순환시키는 단계는, 상기 화염 억제기의 프레임 내에 탑재되는 스크린을 통해 상기 기류를 순환시키는 단계를 포함하는,
    배터리 모듈에서의 연소 이벤트를 관리하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 스크린은 제1 스크린을 포함하고,
    상기 방법은, 상기 제1 스크린과 실질적으로 평행하게 상기 프레임 내에 탑재되는 제2 스크린을 통해 상기 기류를 순환시키는 단계를 더 포함하는,
    배터리 모듈에서의 연소 이벤트를 관리하는 방법.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 화염 억제기는 제1 화염 억제기를 포함하고,
    상기 방법은,
    상기 하우징의 상기 제1 말단 부재에 형성된 애퍼처와 상기 복수의 파워 셀들 사이에서 상기 하우징 내에 탑재되는 제2 화염 억제기를 통해 상기 기류를 순환시키는 단계; 및
    상기 제2 화염 억제기를 이용하여, 상기 데이터 센터의 주변 환경으로 상기 연소된 유체가 상기 하우징을 통과하는 것을 방해하는 단계
    를 더 포함하는,
    배터리 모듈에서의 연소 이벤트를 관리하는 방법.
  17. 파워 시스템으로서,
    데이터 센터 내의 복수의 랙-탑재형(rack-mounted) 전자 디바이스들에 전력(electrical power)을 제공하도록 구성되는 파워 유닛을 형성하도록 전기적으로 커플링되는 복수의 배터리 모듈을 포함하며,
    상기 배터리 모듈들 중 적어도 하나는,
    케이스 ― 상기 케이스는, 상기 케이스의 말단들 상의 주변 환경에 대해 적어도 부분적으로 개방되고 그리고 상기 케이스의 말단들 사이에서 유체 경로를 정의함;
    상기 케이스에 탑재되는 복수의 파워 셀들;
    상기 복수의 파워 셀들을 냉각시키기 위해 상기 유체 경로를 통해 기류를 순환시키도록 상기 케이스에 탑재되는 팬; 및
    상기 유체 경로에 걸쳐 상기 복수의 파워 셀들과 상기 케이스의 말단들 중 하나 사이에 탑재되는 제1 스크린
    을 포함하고,
    상기 제1 스크린은 복수의 개구부(opening)들을 포함하고, 상기 복수의 개구부들은, 상기 기류가 상기 복수의 개구부들을 통과하는 것을 허용하고 그리고 연소된 유체가 상기 복수의 개구부들을 통과하는 것을 방해하도록 치수화되는,
    파워 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은, 상기 유체 경로에 걸쳐 상기 복수의 파워 셀들과 상기 케이스의 말단들 중 다른 하나 사이에 탑재되는 제2 스크린을 더 포함하고,
    상기 제2 스크린은 복수의 개구부들을 포함하고,
    상기 복수의 개구부들은, 상기 기류가 상기 복수의 개구부들을 통과하는 것을 허용하고 그리고 상기 연소된 유체가 상기 복수의 개구부들을 통과하는 것을 방해하도록 치수화되는,
    파워 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은, 상기 유체 경로 내에 위치되고 상기 케이스의 말단들 사이에서 연장되는 열 차폐부(heat shield)를 더 포함하는,
    파워 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 열 차폐부는, 상기 케이스 내에서, 상기 제1 스크린과 상기 제2 스크린 사이에서 연장되는,
    파워 시스템.
  21. 제 17 항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은, 상기 케이스의 말단들 중 하나와 상기 제1 스크린 사이에서 상기 유체 경로 내에 위치되는 배터리 관리 시스템을 더 포함하는,
    파워 시스템.
KR1020167036982A 2014-09-30 2015-09-03 배터리 모듈 KR101892915B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/501,295 2014-09-30
US14/501,295 US20160093842A1 (en) 2014-09-30 2014-09-30 Battery module
PCT/US2015/048283 WO2016053570A1 (en) 2014-09-30 2015-09-03 Battery module

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170012482A true KR20170012482A (ko) 2017-02-02
KR101892915B1 KR101892915B1 (ko) 2018-08-29

Family

ID=54140715

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020167036982A KR101892915B1 (ko) 2014-09-30 2015-09-03 배터리 모듈

Country Status (11)

Country Link
US (1) US20160093842A1 (ko)
EP (1) EP3201974B1 (ko)
JP (1) JP6412597B2 (ko)
KR (1) KR101892915B1 (ko)
CN (1) CN106663766B (ko)
BR (1) BR112016029997B1 (ko)
DE (2) DE112015004465T5 (ko)
DK (1) DK3201974T3 (ko)
GB (1) GB2545105A (ko)
SG (1) SG11201610706WA (ko)
WO (1) WO2016053570A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020256304A1 (ko) * 2019-06-17 2020-12-24 주식회사 엘지화학 가스배출통로를 구비한 베이스 플레이트를 포함한 배터리 모듈 및 배터리 팩 및 전력 저장장치

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101829093B1 (ko) * 2014-10-22 2018-03-29 주식회사 엘지화학 배터리 시스템의 냉각 공기 흐름 제어 시스템 및 방법
WO2017017922A1 (ja) * 2015-07-24 2017-02-02 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 温度調和ユニット、温度調和システム、車両
US11289767B2 (en) 2016-12-22 2022-03-29 Cps Technology Holdings Llc Valve assembly for a battery cover
US11936032B2 (en) 2017-06-09 2024-03-19 Cps Technology Holdings Llc Absorbent glass mat battery
KR20200014317A (ko) 2017-06-09 2020-02-10 씨피에스 테크놀로지 홀딩스 엘엘씨 납산 배터리
US10243185B2 (en) * 2017-06-30 2019-03-26 Microsoft Technology Licensing, Llc Battery enclosures in electronic devices
GB2565131B (en) * 2017-08-04 2021-07-28 Ge Aviat Systems Ltd Modular power system and method of mitigating failure propagation between a plurality of modules in a modular power system
GB201715391D0 (en) * 2017-09-22 2017-11-08 Siemens Ag Ventilation system
KR102323806B1 (ko) * 2017-10-18 2021-11-09 주식회사 엘지에너지솔루션 이차전지
DE102017128878A1 (de) 2017-12-05 2019-06-06 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Batteriemodul und Modulgehäuse
US11081738B2 (en) 2018-03-06 2021-08-03 International Business Machines Corporation Containment heatsink for packaged battery cells
CN109088126B (zh) * 2018-08-09 2021-06-15 中南大学 大容量电芯电池及储能装置
JP7460321B2 (ja) * 2018-11-07 2024-04-02 三菱電機株式会社 電池収納体
CN110112505A (zh) * 2019-05-20 2019-08-09 祺步智能科技（上海）有限公司 一种控温式充电电池
KR20210004189A (ko) * 2019-07-03 2021-01-13 주식회사 엘지화학 방염 플레이트를 구비한 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 랙 및 전력 저장 장치
KR20210051543A (ko) * 2019-10-30 2021-05-10 주식회사 엘지화학 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙 및 전력 저장 장치
WO2021113251A1 (en) * 2019-12-02 2021-06-10 Briggs & Stratton, Llc Cell module assemblies battery pack
DE102020103178A1 (de) 2020-02-07 2021-08-12 Audi Aktiengesellschaft Energiespeichervorrichtung sowie Kraftfahrzeug mit einer Energiespeichervorrichtung
US11942653B2 (en) 2020-03-04 2024-03-26 Donaldson Company, Inc. Housing with integrated spark arrestor
US20210299491A1 (en) * 2020-03-25 2021-09-30 EmberTech, LLC Method and device for fire suppression in an energy storage unit
EP3940860A1 (en) 2020-07-16 2022-01-19 ABB Schweiz AG Battery module
EP3940859A1 (en) 2020-07-16 2022-01-19 ABB Schweiz AG Battery module
DE102020125351A1 (de) 2020-09-29 2022-03-31 Vaillant Gmbh Gasheizgerät
KR20220120916A (ko) * 2021-02-24 2022-08-31 주식회사 엘지에너지솔루션 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩
KR20230015188A (ko) * 2021-07-22 2023-01-31 현대두산인프라코어(주) 배터리팩
CN114583238A (zh) * 2022-01-27 2022-06-03 华为数字能源技术有限公司 电池装置、控制电池装置排出气体的方法和储能设备
KR102528667B1 (ko) 2022-12-13 2023-05-03 이계원 전기 에너지 저장을 위한 리튬 배터리 랙의 화재 진압 시스템

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1672042A (en) * 1926-08-21 1928-06-05 Staytite Company Combination tank vent, flame arrester and snuffer
US5856037A (en) * 1997-07-07 1999-01-05 Optima Batteries, Inc. Battery venting system and method
KR100930475B1 (ko) * 2005-09-02 2009-12-09 주식회사 엘지화학 이중 필터 장치를 포함하고 있는 차량용 전지팩의 냉각시스템
JP2014160573A (ja) * 2013-02-20 2014-09-04 Hochiki Corp 蓄電装置

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5215835A (en) * 1991-09-11 1993-06-01 Globe-Union Inc. Metal oxide-hydrogen battery having an outer safety shell
US6455186B1 (en) * 1998-03-05 2002-09-24 Black & Decker Inc. Battery cooling system
JP3541723B2 (ja) * 1999-04-28 2004-07-14 新神戸電機株式会社 円筒形リチウムイオン電池
JP4665289B2 (ja) * 2000-05-12 2011-04-06 株式会社Ｇｓユアサ 組電池
JP4707923B2 (ja) * 2002-06-17 2011-06-22 パナソニック株式会社 組電池
US7919203B2 (en) * 2004-10-08 2011-04-05 Honda Motor Co., Ltd. Battery box structure, inter-locking structure of electrical equipment box, and electrical equipment box structure
KR100997941B1 (ko) * 2005-11-22 2010-12-02 맥스웰 테크놀러지스 인코포레이티드 초고용량 축전기 압력 제어 시스템
JP5338331B2 (ja) * 2008-02-04 2013-11-13 パナソニック株式会社 電池パック、それを備えた電子機器
JP5283164B2 (ja) * 2008-08-22 2013-09-04 日本電気株式会社 データセンタ施設、サーバルームおよび省エネルギー化手法
US20100239892A1 (en) * 2009-03-20 2010-09-23 Dennis Kramer Heavy vehicle battery pack with improved cooling scheme
US20110250554A1 (en) * 2010-04-08 2011-10-13 Smedley Stuart I Demisting Flame Arrestor for an Electrolytic Hydrogen Generator
US20120037624A1 (en) * 2010-08-10 2012-02-16 Hamilton Sundstrand Corporation Electronic enclosure including a flame arrestor having a mechanical check valve
JP5357987B2 (ja) * 2012-02-13 2013-12-04 三菱重工業株式会社 電池用防火装置
JP5704098B2 (ja) * 2012-03-19 2015-04-22 トヨタ自動車株式会社 蓄電装置
JP5993209B2 (ja) * 2012-05-24 2016-09-14 タイガースポリマー株式会社 電池冷却構造
JP2014000258A (ja) * 2012-06-19 2014-01-09 National Institute Of Occupation Safety & Health Japan フレームアレスタ

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1672042A (en) * 1926-08-21 1928-06-05 Staytite Company Combination tank vent, flame arrester and snuffer
US5856037A (en) * 1997-07-07 1999-01-05 Optima Batteries, Inc. Battery venting system and method
KR100930475B1 (ko) * 2005-09-02 2009-12-09 주식회사 엘지화학 이중 필터 장치를 포함하고 있는 차량용 전지팩의 냉각시스템
JP2014160573A (ja) * 2013-02-20 2014-09-04 Hochiki Corp 蓄電装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020256304A1 (ko) * 2019-06-17 2020-12-24 주식회사 엘지화학 가스배출통로를 구비한 베이스 플레이트를 포함한 배터리 모듈 및 배터리 팩 및 전력 저장장치

Also Published As

Publication number Publication date
BR112016029997A2 (pt) 2018-06-19
CN106663766B (zh) 2019-11-05
CN106663766A (zh) 2017-05-10
EP3201974A1 (en) 2017-08-09
SG11201610706WA (en) 2017-01-27
DE112015004465T5 (de) 2017-06-08
GB2545105A (en) 2017-06-07
EP3201974B1 (en) 2018-11-21
WO2016053570A1 (en) 2016-04-07
KR101892915B1 (ko) 2018-08-29
JP6412597B2 (ja) 2018-10-24
BR112016029997B1 (pt) 2022-03-22
DK3201974T3 (en) 2019-02-04
JP2017526111A (ja) 2017-09-07
DE202015009269U1 (de) 2017-01-18
GB201621533D0 (en) 2017-02-01
US20160093842A1 (en) 2016-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101892915B1 (ko) 배터리 모듈
EP3176851B1 (en) Electrical energy storage device
JP3229404U (ja) パウチリチウム電池パックの延焼防止構造
KR20190022485A (ko) 배터리 시스템 내의 열폭주 가스를 관리하기 위한 방법 및 장치
CN110828747A (zh) 动力电池热防护系统
KR20150003779A (ko) 화재 방지 매체를 구비한 배터리 팩
JP6779090B2 (ja) 二次電池の熱暴走抑止システム
JP6837310B2 (ja) 二次電池の熱暴走抑止システム
KR20210042480A (ko) 단열부재를 포함하는 전지모듈 및 이를 포함하는 전지팩
JP2011253747A (ja) 蓄電池モジュール
KR20220018511A (ko) 배터리 모듈
US20230268613A1 (en) Battery device
CN112993440A (zh) 一种防燃电池组
CN114171835A (zh) 一种用于防止过热起火的锂电池系统
JP2015198087A (ja) 多重セル電池パック、および多重セル電池パックの熱の除去方法
CN215771408U (zh) 一种电池包结构
KR102479561B1 (ko) 전지 에너지 저장 모듈의 안전 보호와 제어 방법 및 소자
US11171383B1 (en) Battery module
KR102387783B1 (ko) 배터리의 온도를 복합적으로 관리하는 배터리 장치
JP2013178900A (ja) 電池装置
JP2023537636A (ja) ベンティングガスの温度低減及びスパークの外部排出遮断構造を適用したバッテリーパック
US10797359B2 (en) Cooled containment compartments for packaged battery cells
US11996573B1 (en) Electrical power storage subsystem
CN218975561U (zh) 一种电池壳、单体电池、电池模组、电池包及用电设备
US20210299491A1 (en) Method and device for fire suppression in an energy storage unit

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant