KR20200100407A - 배터리 랙 및 이를 포함하는 전력 저장 장치 - Google Patents

배터리 랙 및 이를 포함하는 전력 저장 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화재 대응 능력이 우수한 배터리 랙을 개시한다. 본 발명에 따른 배터리 랙은, 각각 하나 이상의 이차 전지를 구비하여 에너지를 저장 및 방출하고, 상호 전기적으로 연결되며, 하부면이 수평면에 대하여 기울어진 형태로 상하 방향으로 적층된 다수의 배터리 모듈; 및 상기 다수의 배터리 모듈을 수용하며, 상기 다수의 배터리 모듈의 하위 측면에 대면되는 부분에 제공되어 적어도 하나의 배터리 모듈로부터 가해지는 열 또는 압력에 의해 개방되도록 구성된 탈출부를 구비하는 랙 케이스를 포함한다.

Description

배터리 랙 및 이를 포함하는 전력 저장 장치{Battery rack and power storage apparatus including the same}
본 발명은 배터리 랙에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다수의 배터리 모듈 중 적어도 일부 배터리 모듈에서 화재가 발생하거나 화재 발생 우려가 있는 경우 효과적으로 대처할 수 있는 배터리 랙 및 전력 저장 장치에 관한 것이다.
근래에 들어서, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 로봇, 전기 자동차 등의 상용화가 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있다. 특히, 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이차 전지는 단독으로 사용되기도 하나, 일반적으로는 다수의 이차 전지가 서로 전기적으로 직렬 및/또는 병렬로 연결된 형태로 구성된 경우가 많다. 특히, 다수의 이차 전지는 서로 전기적으로 연결된 상태로 하나의 모듈 케이스 내부에 수납되어, 하나의 배터리 모듈을 구성할 수 있다. 그리고, 배터리 모듈은, 단독으로 사용되거나 또는 둘 이상이 서로 전기적으로 직렬 및/또는 병렬로 연결되어, 배터리 랙이나 배터리 팩 등과 같은 보다 상위 수준의 장치를 구성할 수 있다.
최근, 전력 부족이나 친환경 에너지 등과 같은 이슈가 부각되면서, 생산된 전력을 저장하기 위한 전력 저장 장치가 보다 주목되고 있다. 예를 들어, 전력 수급을 조절하기 위한 방안 중 하나로서, 스마트 그리드 시스템(Smart Grid System)이 제안되고 있다. 소비자가 사용하는 전력량은 항상 일정치 않고 수시로 변동될 수 있다. 대표적으로, 여름철 오후에는 냉방 장치의 사용으로 전력 사용량이 급격히 증가했다가 야간에는 전력 사용량이 급격히 감소하는 것을 예로 들 수 있다. 이와 같이 전력을 소비하는 측면에서는 전력 소비량이 일정치 않고 자주 변동될 수 있지만, 전력을 공급하는 측면에서는 어느 정도 전력 생산량을 조절한다 하더라도 그러한 전력 소비량에 맞추기는 현실적으로 어렵다. 따라서, 이와 같은 전력 공급과 소비의 불균형으로 전력 공급 과잉 또는 전력 공급 부족이 일어날 수 있는데, 스마트 그리드 시스템은 이와 같은 문제를 해결하고자 전력을 탄력적으로 저장 및 조절할 수 있다. 스마트 그리드 시스템은, 잉여 전력이 발생하는 시점이나 지역에서는 전력을 저장하고, 저장된 전력을 부족 전력이 발생하는 시점이나 지역에 공급하는 개념이라 할 수 있다. 이러한 스마트 그리드 시스템을 구축하기 위해 핵심적인 구성요소 중 하나가 바로 전력을 저장하기 위한 전력 저장 장치라 할 수 있다. 전력 저장 장치에는, 통상적으로 많은 수의 배터리 모듈이 존재할 수 있다. 예를 들어, 전력 저장 장치는, 하나 이상의 배터리 랙을 포함할 수 있다. 그리고, 배터리 랙은, 박스 형태의 컨테이너(랙 케이스)에 다수의 배터리 모듈이 상하 방향으로 적층된 형태로 구성될 수 있다.
배터리 랙이나 전력 저장 장치는 일정 공간에 다수의 배터리 모듈이 밀집된 형태로 구성되는 경우가 많기 때문에, 화재에 취약할 수 있다. 예를 들어, 어느 하나의 배터리 모듈에서 화재가 발생하는 경우, 인접하여 배치된 다른 배터리 모듈로 화재가 확산되기 용이하다. 따라서, 일부 배터리 모듈에서 화재가 발생한다 하더라도, 화재는 배터리 랙이나 전력 저장 장치의 전 영역으로 확대되어, 인명 피해가 발생할 위험성이 증대되는 것은 물론이고, 경제적 손실도 막대하다고 할 수 있다. 그러므로, 배터리 랙 또는 전력 저장 장치에 속하는 모든 배터리 모듈이 전소되거나 손상되기 전에, 화재를 신속하고 정확하게 진압할 필요가 있다.
지금까지 전력 저장 장치와 같은 배터리 모듈 포함 장치에 대하여 화재를 진압하는 다양한 기술이 제안되고 있다. 그러나, 아직까지 전력 저장 장치에 대한 효과적인 화재 진압 기술이 마련되지 않고 있다. 특히, 배터리 모듈에 포함된 리튬 이온 배터리 등에서 발생된 화재는 일반적인 소화 약제로는 진압이 쉽지 않다는 문제, 다수의 배터리 모듈이 밀집된 상황에서 화재가 발생한 배터리 모듈에 대해서만 선별적으로 화재가 진압되기 어렵다는 문제 등을 해결할 수 있는 방안이 마련되지 않고 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 일부 배터리 모듈에서 화재 발생 시 효과적으로 화재를 진압할 수 있도록 구성된 배터리 랙 및 이를 포함하는 전력 저장 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 랙은, 각각 하나 이상의 이차 전지를 구비하여 에너지를 저장 및 방출하고, 상호 전기적으로 연결되며, 하부면이 수평면에 대하여 기울어진 형태로 상하 방향으로 적층된 다수의 배터리 모듈; 및 상기 다수의 배터리 모듈을 수용하며, 상기 다수의 배터리 모듈의 하위 측면에 대면되는 부분에 제공되어 적어도 하나의 배터리 모듈로부터 가해지는 열 또는 압력에 의해 개방되도록 구성된 탈출부를 구비하는 랙 케이스를 포함한다.
여기서, 상기 랙 케이스는, 상기 탈출부가 개방되는 경우, 대응하는 배터리 모듈만을 외부로 이탈시키도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 랙 케이스는, 배터리 모듈의 하부면이 수평면에 대하여 기울어진 형태가 되도록 배터리 모듈을 상부에 안착시키도록 구성된 안착 프레임 및 수평면에 대하여 세워진 형태로 구성되고 적어도 일측에 상기 탈출부가 복수 형성된 측벽을 구비할 수 있다.
또한, 상기 랙 케이스는, 상기 안착 프레임을 복수 구비하여 각 배터리 모듈이 서로 다른 안착 프레임에 안착되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 랙 케이스는, 융점이 서로 다른 둘 이상의 부분을 구비하여, 융점이 상대적으로 낮은 부분이 열에 의해 용융되는 경우, 상기 탈출부가 개방되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 랙 케이스의 탈출부는, 개구가 형성된 본체, 상기 본체의 개구를 개폐 가능하도록 구성된 도어 및 상기 본체와 상기 도어를 결합시키고 상기 본체와 상기 도어에 비해 융점이 낮은 재질을 포함하는 접합부재를 구비할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 튜브 내부에 윤활 물질을 보유하며, 열이 인가되는 경우 내부의 윤활 물질을 외부로 배출시켜 상기 배터리 모듈의 탈출을 용이하게 하도록 구성된 윤활 튜브를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 다수의 배터리 모듈은 각각, 내부에서 가스 발생 시 발생된 가스를 배출시키는 가스 배출구를 포함하되, 상기 가스 배출구는 상기 랙 케이스의 탈출부를 향하는 방향으로 가스가 배출되도록 구성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상기 다수의 배터리 모듈에 각각 구비된 모듈 단자 사이를 전기적으로 연결하도록 구성된 연결부재를 더 포함하며, 상기 연결부재는 상기 랙 케이스에 결합 고정되고, 상기 배터리 모듈의 모듈 단자와 접촉되되, 일부 배터리 모듈이 상기 탈출부를 통해 탈출하는 경우 탈출된 배터리 모듈의 모듈 단자와 접촉 상태가 해제되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 연결부재는, 각 배터리 모듈의 측면 중 상위 측면에 대면되는 랙 케이스 부분에 결합 고정될 수 있다.
또한, 상기 연결부재는, 탄성적으로 압축된 상태로 상기 모듈 단자와 접촉되도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 다수의 배터리 모듈은, 각각의 탈출부에 접촉된 상태로 상기 랙 케이스에 수용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 소화 물질을 구비하고 상기 랙 케이스의 외측에 구비되어 배터리 모듈이 상기 탈출부를 통해 탈출하는 경우 탈출된 배터리 모듈을 수용하도록 구성된 화재진압 모듈을 더 포함할 수 있다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전력 저장 장치는, 본 발명에 따른 배터리 랙을 포함한다.
본 발명에 의하면, 화재 발생 시 효과적으로 화재를 진압할 수 있는 배터리 랙 및 전력 저장 장치가 제공될 수 있다.
특히, 본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 랙의 내부에서 화재 발생 시, 화재가 신속하게 제압될 수 있다. 따라서, 배터리 랙이나 전력 저장 장치의 전체 부분으로 화재가 확산되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 랙에 포함된 여러 배터리 모듈 중 일부 배터리 모듈에서 화재가 발생하는 경우, 화재가 발생한 배터리 모듈에 대해서만 선택적으로 화재가 제압될 수 있다. 따라서, 화재가 발생하지 않은 배터리 모듈에 대해서는 화재 확산이나 손상을 최대한 방지할 수 있다. 그러므로, 일부 배터리 모듈에서 화재가 발생하더라도 해당 배터리 랙 또는 전력 저장 장치 전체적으로는 사용이 계속되도록 할 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 화재를 감지하기 위한 센서 등이 필요하지 않을 수 있다. 따라서, 배터리 랙이나 전력 저장 장치의 화재 방지를 위해 소요되는 비용을 줄일 수 있고, 구조적으로나 제어적으로 구성이 복잡해지는 것이 방지될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 화재가 발생한 배터리 모듈의 화재가 확실하게 진압될 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙을 전방에서 바라본 형태의 개략적인 사시도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙을 후방에서 바라본 형태의 개략적인 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙의 구성을 개략적으로 나타내는 측단면도이다.
도 4 및 도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙 구성에서 탈출부가 개방되어 탈출부를 통해 배터리 모듈이 탈출되는 구성을 개략적으로 나타내는 측단면도이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙의 일부 구성을 확대하여 개략적으로 나타낸 측단면도이다.
도 7은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 랙의 일부 구성을 확대하여 개략적으로 나타낸 측단면도이다.
도 8은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 랙의 구성을 개략적으로 나타내는 측단면도이다.
도 9 및 도 10은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 랙의 구성을 개략적으로 나타내는 측단면도이다.
도 11 및 도 12는, 본 발명의 일 실시예에 따른 랙 케이스의 일부 구성을 개략적으로 확대하여 나타낸 사시도이다.
도 13은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 랙의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 측단면도이다.
도 14는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙의 일부 구성을 확대하여 개략적으로 나타내는 측단면도이다.
도 15 및 도 16은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 랙의 구성을 개략적으로 나타내는 측단면도이다.
도 17은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 랙의 구성을 개략적으로 나타내는 측단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙(1000)을 전방에서 바라본 형태의 개략적인 사시도이다. 그리고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙(1000)을 후방에서 바라본 형태의 개략적인 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 랙(1000)은, 배터리 모듈(100) 및 랙 케이스(200)를 포함한다. 다만, 설명의 편의를 위해, 도 1에서는 일부 배터리 모듈(100)이 랙 케이스(200)에서 부분적으로 외부로 인출된 형태로 도시되어 있다.
상기 배터리 모듈(100)은, 배터리 랙(1000)에 다수 포함될 수 있다. 각각의 배터리 모듈(100)은, 하나 이상의 이차 전지를 구비하여 에너지를 저장 및 방출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 각 배터리 모듈(100)은, 다수의 리튬 이차 전지 및 모듈 케이스를 구비할 수 있다. 여기서, 다수의 리튬 이차 전지는 모듈 케이스 내부에서 서로 직렬 및/또는 병렬로 연결되어 배터리 모듈(100)의 용량 및 출력이 증대되도록 할 수 있다. 그리고, 모듈 케이스의 외부에는 다른 배터리 모듈(100)이나 외부 장치와 전기적으로 연결되기 위해 모듈 단자(101)(양극 단자, 음극 단자)를 구비할 수 있다. 이러한 배터리 모듈(100)은, 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 배터리 모듈(100)이 채용될 수 있으므로, 본 발명은 배터리 모듈(100) 자체에 대한 보다 상세한 설명을 생략한다.
다수의 배터리 모듈(100)은, 랙 케이스(200)의 내부 공간에 수납될 수 있다. 그리고, 랙 케이스(200)의 내부에 수용된 다수의 배터리 모듈(100)은 서로 전기적으로 직렬 및/또는 병렬로 연결될 수 있다. 또한, 배터리 랙(1000)에 포함된 다수의 배터리 모듈(100)은, 상하 방향으로 적층될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 배터리 랙(1000)의 경우, 각각의 배터리 모듈(100)은, 하부면이 수평면에 대하여 기울어진 형태로 적층될 수 있다. 이러한 적층 구성에 대해서는, 도 3을 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙(1000)의 구성을 개략적으로 나타내는 측단면도이다. 예를 들어, 도 3은, 도 2의 AI-AI'선에 대한 단면 구성을 개략적으로 나타낸 도면이라 할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 랙(1000)에서, 다수의 배터리 모듈(100)은 상하 방향(도면의 Z축 방향)으로 적층될 수 있다. 특히, 상하 방향으로 적층된 다수의 배터리 모듈(100) 각각은, 수평면에 대하여 기울어진 형태로 랙 케이스(200) 내부에 수납될 수 있다. 여기서, 수평면은, 지면 또는 배터리 랙(1000)의 바닥면일 수 있으며, 도 1 및 도 2의 X-Y 평면에 평행한 면이라 할 수 있다. 종래의 배터리 랙의 경우, 랙 케이스 내부에서 다수의 배터리 모듈은 하부면이 수평면에 평행한 형태로 적층되는 것이 일반적이다. 그러나, 본 발명에 따른 배터리 랙(1000)의 경우, 배터리 모듈(100)의 하부면이 수평면에 평행하지 않고 소정 각도 기울어진 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 수평면에 평행인 표면(H)과 각 배터리 모듈(100)의 하부면의 연장면(B) 사이의 각도(G1)는 0보다 큰 값, 이를테면 30°일 수 있다. 이처럼, 랙 케이스(200) 내부에서 다수의 배터리 모듈(100) 각각은 수평면에 대하여 기울어진 형태로 구성될 수 있다. 여기서, 배터리 랙(1000)에 포함된 다수의 배터리 모듈(100)은 하부면이 수평면에 대하여 동일한 경사 각도로 기울어진 형태로 구성될 수 있으나, 본 발명이 반드시 이러한 형태로 한정되는 것은 아니다.
상기 랙 케이스(200)는, 수용 공간을 구비하여 다수의 배터리 모듈(100)을 수용할 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바를 참조하면, 랙 케이스(200)는 내부에 빈 공간을 구비하여 상하로 적층된 다수의 배터리 모듈(100)을 수납할 수 있다. 여기서, 랙 케이스(200)는 적어도 일측이 개방 가능한 형태로 구성되어, 개방된 측면을 통해 배터리 모듈(100)이 내부 공간으로 인입될 수 있다. 다만, 랙 케이스(200)는, 이러한 개방된 측면이 폐쇄 가능하도록 구성될 수도 있다.
상기 랙 케이스(200)는, 수납된 다수의 배터리 모듈(100)을 상부 방향으로 지지할 수 있다. 또한, 상기 랙 케이스(200)는, 정상적인 상태에서는, 다수의 배터리 모듈(100)이 적층된 상태를 안정적으로 유지하도록, 수평 방향 움직임을 제한할 수 있다. 예를 들어, 랙 케이스(200)는, 정상적인 상태에서 배터리 모듈(100)이 전, 후, 좌, 우 방향, 즉 수평 방향(도면의 ±X축 방향 및 ±Y축 방향)으로 크게 움직이지 않고 안정적으로 유지되도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 랙 케이스(200)는, 내부에 수용된 다수의 배터리 모듈(100)이 외부의 물리적, 화학적 요인으로부터 쉽게 영향을 받지 않도록, 배터리 모듈(100)을 보호하는 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 랙 케이스(200)는, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 전방 측면, 후방 측면, 좌측면, 우측면, 상부면 및/또는 하부면이 판상으로 구성되어, 내부의 배터리 모듈(100)이 외부로 쉽게 노출되지 않도록 구성될 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 배터리 랙(1000)에서, 상기 랙 케이스(200)는, 탈출부(210)를 구비할 수 있다. 상기 탈출부(210)는, 정상적인 상황에서는 폐쇄된 형태로 구성되다가, 비정상적인 상황이 발생하면 개별 배터리 모듈(100)이 랙 케이스(200)로부터 외부로 탈출하도록 구성될 수 있다. 여기서, 비정상적 상황은, 특히 적어도 일부 배터리 모듈(100)에서 화재가 발생하거나 일정 수준을 넘어서는 열이 발생된 상황 등을 의미할 수 있다.
상기 탈출부(210)는, 다수의 배터리 모듈(100)의 하위 측면에 대면되는 부분에 제공될 수 있다. 특히, 탈출부(210)는, 다수의 배터리 모듈(100)의 하위 측면에 대면되는 측면에 제공될 수 있다.
여기서, 배터리 모듈(100)의 하위 측면이란, 기울어진 형태의 배터리 모듈(100)에서 낮은 높이에 위치하는 측면을 의미할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 배터리 랙(1000) 구성을 참조하면, 배터리 모듈(100)은 지면에 대하여 소정 각도(G1)로 기울어진 형태로 구성됨으로써, 도면에서 왼쪽에 위치하는 측면(J1)이 오른쪽에 위치하는 측면(J2)보다 낮게 위치할 수 있다. 이때, 각 배터리 모듈(100)에서, 상대적으로 낮은 위치의 측면을 하위 측면(J1)이라 하고, 상대적으로 높은 위치의 측면을 상위 측면(J2)이라 할 수 있다. 본 발명에 따른 배터리 랙(1000)의 경우, 배터리 모듈(100)이 기울어진 형태로 적층되기 때문에, 각 배터리 모듈(100)에는 하위 측면(J1)과 상위 측면(J2)이 위치할 수 있다.
이처럼, 배터리 모듈(100)에 대하여 하위 측면(J1)이 상위 측면(J2)과 구분하여 존재하는 구성에서, 상기 탈출부(210)는, 랙 케이스(200)에서, 각 배터리 모듈(100)의 하위 측면(J1)에 대면되는 측면에 위치할 수 있다. 예를 들어, 도 1 내지 도 3에 실시예에서, 랙 케이스(200)는 배터리 모듈(100)을 중심으로, 전, 후, 좌, 우 4개의 방향에 각각 측면을 갖는다고 할 수 있다. 이러한 구성에서, 랙 케이스(200)의 탈출부(210)는 4개의 측면 중 배터리 모듈(100)의 하위 측면(J1)에 마주보는 측면, 다시 말해 배터리 모듈(100)의 하위 측면(J1)이 위치하는 측면에 위치할 수 있다. 특히, 도 3의 실시예를 기준으로 살펴보면, 배터리 모듈(100)의 하위 측면(J1)은 도면을 기준으로 좌측에 위치한다고 할 수 있다. 따라서, 랙 케이스(200)의 탈출부(210) 역시 도면을 기준으로 좌측 측면에 위치한다고 할 수 있다.
한편, 이하에서는 특별한 설명이 없는 한, 각 배터리 모듈(100)의 하위 측면(J1)이 위치하는 방향을 배터리 랙(1000)의 후방으로 기준하여 설명하도록 한다. 따라서, 각 배터리 모듈(100)의 상위 측면(J2)이 위치하는 방향은 배터리 랙(1000)의 전방으로 규정할 수 있다. 그리고, 배터리 랙(1000)의 전방 외측에서 배터리 랙(1000)의 전방 측을 바라볼 때를 기준으로, 왼쪽에 위치하는 부분을 좌측, 오른쪽에 위치하는 부분을 우측으로 규정한다. 따라서, 이하에서는 배터리 랙(1000)의 4개의 측면에 대해서는 각각 후방 측면(SB), 전방 측면(SF), 좌측면(SL) 및 우측면(SR)으로 지칭한다. 다만, 도 1에서는 배터리 모듈(100)의 전방 측면(SF)이 개방된 형태로 도시되었으나, 본 발명이 반드시 이러한 형태로 한정되는 것은 아니며 배터리 모듈(100)의 전방 측면(SF) 역시 후술하는 도 15 및 도 16에 도시된 바와 같이 폐쇄 가능하게 구성될 수 있다.
또한, 상기 탈출부(210)는, 열 또는 압력에 의해 개방되도록 구성될 수 있다. 여기서, 열 또는 압력에 의해 개방된다는 것은, 열이나 압력이 단독으로 가해졌을 때 개방되는 물론이고 열과 압력이 함께 가해졌을 때에 개방된다는 것을 포함한다. 적어도 하나의 배터리 모듈(100)로부터 열 또는 압력이 생성되어 탈출부(210)로 가해지면, 이와 같이 가해진 열 또는 압력에 의해 탈출부(210)는 개방될 수 있다. 즉, 상기 탈출부(210)는, 정상적인 상태에서는 닫혀진 형태로 구성되다가, 비정상적인 상황이 발생하여 일정 수준 이상의 열이나 압력이 생성되어 인가되면 비로소 열리도록 구성될 수 있다. 특히, 상기 탈출부(210)는, 개방되면 적어도 하나의 배터리 모듈(100)을 랙 케이스(200) 외부로 탈출하도록 구성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 3과 함께 도 4 및 도 5를 추가로 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 4 및 도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙(1000) 구성에서 탈출부(210)가 개방되어 탈출부(210)를 통해 배터리 모듈(100)이 탈출되는 구성을 개략적으로 나타내는 측단면도이다.
먼저, 정상적인 상태에서는 도 3의 구성과 같이 모든 탈출부(210)가 폐쇄된 형태로 구성될 수 있다. 따라서, 상하 방향으로 적층된 다수의 배터리 모듈(100)들은 랙 케이스(200) 내부에서 적층 상태를 유지할 수 있다. 그러나, 열이나 압력이 특정 탈출부(210)에 가해지면, 도 4에 도시된 바와 같이 해당 탈출부(210)는 개방될 수 있다(화살표 C1으로 표시). 그리고, 개방된 탈출부(210)에 대응하는 배터리 모듈(100)은 탈출부(210)의 개방된 부분을 통해 하위 측면부터 외측을 향해 나아갈 수 있다(화살표 C2로 표시). 특히, 랙 케이스(200) 내부에서 배터리 모듈(100)들은 기울어진 상태로 적층되므로, 각 배터리 모듈(100)의 하부면은 경사면을 형성할 수 있다. 따라서, 탈출부(210)가 개방되는 경우, 배터리 모듈(100)은 경사진 하부면을 따라 슬라이딩되어 탈출부(210)로 쉽게 나아갈 수 있다. 그리고, 배터리 모듈(100)은, 이러한 슬라이딩에 의해, 도 5에 도시된 바와 같이, 상위 측면까지 모두 랙 케이스(200) 외부로 탈출될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상하 방향으로 적층된 다수의 배터리 모듈(100) 중, 적어도 일부 배터리 모듈(100)에서 화재가 발생하거나 화재가 발생할 우려가 있는 경우, 대상 배터리 모듈(100)이 탈출부(210)를 통해 랙 케이스(200) 외부로 배출될 수 있다. 따라서, 일부 배터리 모듈(100)에서 화재가 발생하더라도 동일 배터리 랙(1000) 내의 다른 배터리 모듈(100), 또는 다른 배터리 랙(1000)으로 화재가 확산되는 것을 방지할 수 있다. 그러므로, 이러한 구성에 의하면, 일부 배터리 모듈(100)의 화재에 따른 피해가 최소화될 수 있다. 뿐만 아니라, 이러한 구성에 의하면, 탈출부(210)를 통해 탈출된 배터리 모듈(100) 이외의 다른 배터리 모듈(100)은 계속해서 사용 가능하도록 할 수 있다. 따라서, 일부 배터리 모듈(100)에서 화재가 발생하더라도 배터리 랙(1000)이나 이를 포함하는 전력 저장 장치는 정상적 동작이 유지될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 랙(1000)에 포함되는 각 배터리 모듈(100)의 기울어진 각도(G1), 즉 경사 각도는, 탈출부(210)가 개방될 때, 중력에 의해 배터리 모듈(100)이 랙 케이스(200) 외부로 자동으로 배출될 수 있는 각도로 설정될 수 있다. 예를 들어, 배터리 모듈(100)의 경사 각도(G1)는, 랙 케이스(200)의 특정 탈출부(210)가 개방될 때, 그러한 탈출부(210)에 대응하는 배터리 모듈(100)에 별도의 외력이 가해지지 않더라도, 중력에 의해 대응 배터리 모듈(100)이 랙 케이스(200)의 후방 외측으로 자동으로 미끄러져 나가도록 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 화재가 발생한 배터리 모듈(100)을 외부로 배출시키기 위해 별도의 힘이 인가될 필요가 없으므로, 배터리 모듈(100)의 탈출을 위한 구성이 복잡해지지 않고, 신속하고 정확한 배출이 가능할 수 있다.
이러한 실시 구성과 관련하여, 배터리 모듈(100)의 경사 각도는 상황에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 예를 들어, 배터리 모듈(100)의 경사 각도는, 배터리 모듈(100)의 무게, 배터리 모듈(100)의 하부면 형태, 배터리 모듈(100)의 하부면이나 배터리 모듈(100)의 하부면이 접촉하는 부분의 마찰 계수 등, 여러 요인에 따라 다양하게 설정될 수 있다. 본 발명은, 이러한 배터리 모듈(100)의 특정 경사 각도에로 한정되지 않는다.
상기 랙 케이스(200)에서, 탈출부(210)는 열 또는 압력에 의해 개방되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 배터리 모듈(100) 내부에 포함된 적어도 하나의 배터리 셀에서 화재가 발생하거나 발화 직전의 비정상적 상황에 있는 경우, 해당 배터리 모듈(100)로부터 탈출부(210)로 열이 가해질 수 있다. 이때, 탈출부(210)는 배터리 모듈(100)로부터 인가된 열에 의해 개방되어, 해당 배터리 모듈(100)이 외부로 배출되도록 할 수 있다. 다른 예로, 배터리 모듈(100)에서 화재가 발생하는 경우, 해당 배터리 모듈(100)에서는 가스가 발생하고, 이러한 가스에 의해 탈출부(210)로 압력이 가해질 수 있다. 이 경우, 탈출부(210)는 배터리 모듈(100)로부터 인가된 가스 압력에 의해 개방되어, 해당 배터리 모듈(100)이 외부로 배출되도록 할 수 있다.
상기 탈출부(210)가 개방되기 위한 열 조건이나 압력 조건은, 여러 상황을 고려하여 다양하게 설정될 수 있으며, 본 발명은 이러한 탈출부(210)를 개방시키기 위한 열 조건이나 압력 조건의 구체적인 수치에 의해 한정되지 않는다. 예를 들어, 정상적인 작동 상황에서도 배터리 셀의 충방전 과정에서 열이 발생할 수 있으며, 외부 기온이 높아지는 경우에도 탈출부(210)로 열이 가해질 수 있다. 따라서, 이러한 일반적인 상황에서는 탈출부(210)가 개방되지 않고, 배터리 모듈에서 화재가 발생하였거나 발생될 것이 자명하다고 판단되는 열 및/또는 압력 조건에서만 탈출부(210)가 개방되도록 구성될 수 있다.
바람직하게는, 상기 랙 케이스(200)는, 상기 탈출부(210)가 개방되는 경우, 대응하는 배터리 모듈(100)만을 외부로 이탈시키도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 도 4의 구성을 참조하면, 배터리 랙(1000)에는 배터리 모듈(100) M2~M4를 비롯하여 다수의 배터리 모듈(100)이 포함될 수 있다. 또한, 랙 케이스(200)에는, E2~E4를 비롯하여 각 배터리 모듈(100)에 대응되도록 다수의 탈출부(210)가 포함될 수 있다. 여기서, 배터리 모듈(100) M3에서 화재가 발생하는 경우, 랙 케이스(200)는 배터리 모듈(100) M3만 그에 대응하는 탈출부(210) E3를 통해 탈출하고, 나머지 배터리 모듈(100)들은 랙 케이스(200) 내부에 그대로 위치하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 배터리 모듈(100) M3에서 화재가 발생하는 경우, 배터리 모듈(100) M3로부터 탈출부(210) E3로 열 및/또는 압력이 인가될 수 있다. 그러면, 탈출부(210) E3는 화살표 C1과 같이 개방되고, 배터리 모듈(100) M3는 화살표 C2와 같이 랙 케이스(200) 외부로 탈출될 수 있다. 이때, 다른 탈출부, 이를테면 E2 및 E4는 개방되지 않고 폐쇄된 상태 그대로 유지될 수 있다. 따라서, 이러한 탈출부들에 대응되는 다른 배터리 모듈(100), 이를테면 배터리 모듈(100) M2나 배터리 모듈(100) M4는 랙 케이스(200) 내부에서 적층된 상태로 유지될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 화재가 발생한 배터리 모듈(100)만이 랙 케이스(200) 외부로 배출되고, 다른 배터리 모듈(100)들은 랙 케이스(200) 내부에 그대로 위치할 수 있다. 따라서, 화재 발생에 따른 피해가 최소화될 수 있으며, 더욱이 화재가 발생하지 않은 배터리 모듈(100)들에 대해서는 정상적으도 동작이 유지될 수 있다.
상기 랙 케이스(200)는, 탈출부(210)를 복수 구비할 수 있다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 랙 케이스(200)의 후방 측면(SB)에는, 복수의 탈출부(210)가 상하 방향으로 배열된 형태로 구성될 수 있다. 더욱이, 탈출부(210)는, 하나의 배터리 랙(1000)에서 적어도 배터리 랙(1000)에 포함된 배터리 모듈(100)의 개수 이상의 개수만큼 구비될 수 있다.
특히, 상기 랙 케이스(200)는, 배터리 랙(1000)에 포함된 다수의 배터리 모듈(100) 각각마다 대응하는 별개의 탈출부(210)가 제공되는 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 랙 케이스(200)는, 배터리 랙(1000)에 포함된 다수의 배터리 모듈(100) 각각에 일대일 대응하는 형태로 탈출부(210)가 형성되도록 구성될 수 있다. 이 경우, 각 배터리 모듈(100)에 대하여 서로 다른 별개의 대응 탈출부(210)가 제공되어 있다고 할 수 있다. 따라서, 특정 배터리 모듈(100)에서 화재가 발생하면, 그러한 배터리 모듈(100)에 대응하는 탈출부(210)만이 개방될 수 있고, 화재가 발생한 배터리 모듈(100)만 대응 탈출부(210)를 통해 외부로 탈출될 수 있다.
상기 탈출부(210)는, 개방 시 대응 배터리 모듈(100)이 외부로 용이하게 배출되도록 구성될 수 있다. 이에 대해서는, 도 6을 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙(1000)의 일부 구성을 확대하여 개략적으로 나타낸 측단면도이다. 다만, 도 6에서는, 설명의 편의를 위해 하나의 배터리 모듈(100)과 그에 대응되는 하나의 탈출부(210)만이 도시되도록 한다.
도 6을 참조하면, 하나의 탈출부(210)는, 개방된 경우, 하나의 배터리 모듈(100)이 개방된 부분을 통해 랙 케이스(200) 외부로 용이하게 탈출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 탈출부(210)의 상하 방향 길이(EL)는, 배터리 모듈(100)의 최하부면에 대한 경사 방향의 연장선(BB) 및 배터리 모듈(100)의 최상부면에 대한 경사 방향의 연장선(BT)이 탈출부(210)를 통과할 수 있도록 구성될 수 있다. 여기서, 최하부면 및 최상부면에 대한 경사 방향의 연장선은, 탈출부(210)가 개방되어 배터리 모듈(100)이 경사 형태에 따라 슬라이딩될 때, 배터리 모듈(100)의 최하부면과 최상부면이 각각 이동하는 경로를 나타낸다고 할 수 있다.
이처럼, 탈출부(210)는, 개방 시 배터리 모듈(100)이 용이하게 랙 케이스(200) 외부로 이탈될 수 있도록, 상하 방향 길이가 배터리 모듈(100)의 상하 방향 길이보다 길게 구성될 수 있다. 여기서, 배터리 모듈(100)의 상하 방향 길이는, 배터리 모듈(100)이 기울어진 형태로 적층된 상태에서의 상하 방향 길이라 할 수 있다. 예를 들어, 도 6의 구성에서, 배터리 모듈(100)이 기울어지지 않은 상태에서 배터리 모듈(100)의 상하 방향 길이는, MH로 표시된 부분이라 할 수 있다. 그러나, 배터리 모듈(100), 특히 하부면이 수평면에 대하여 일정 각도(G2)만큼 기울어져 있는 경우, 배터리 모듈(100)의 상하 방향 길이는 ML로 표시된 바와 같이, 수평면에 대하여 직각을 이루는 방향으로 배터리 모듈(100)의 길이를 나타내는 것일 수 있다. 이러한 도 6의 구성에서, 탈출부(210)의 상하 방향 길이(EL)는, 배터리 모듈(100)의 상하 방향 길이(ML) 이상으로 구성될 수 있다.
특히, 탈출부(210)는, 화재가 발생한 배터리 모듈(100)에 대하여 선별적으로 탈출되도록 구성될 수 있다. 즉, 탈출부(210)는, 화재가 발생하지 않은 배터리 모듈(100)에 대해서는 탈출되지 않도록 구성될 수 있다. 따라서, 탈출부(210)는, 상하 방향 길이(EL)가 1개의 배터리 모듈(100)의 상하 방향 길이보다는 크되, 2개의 배터리 모듈(100)의 상하 방향 길이보다는 작게 구성될 수 있다.
또한, 도 6에 도시되지 않았지만, 탈출부(210)를 통해 하나의 배터리 모듈(100)이 탈출하기 위해서는, 탈출부(210)의 수평 방향 길이(Y축 방향 길이)는, 하나의 배터리 모듈(100)의 수평 방향 길이(Y축 방향 길이) 이상으로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙(1000)에서, 상기 배터리 모듈(100)은, 탈출부(210)에 직접 접촉된 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 6에서 D1으로 표시된 부분과 같이, 배터리 모듈(100)의 하위 측면 상부는 탈출부(210)의 상부에 접촉될 수 있다. 상기 탈출부(210)는, 이러한 접촉 구성을 통해, 접촉된 배터리 모듈(100)이 경사진 방향을 따라 미끄러지지 않도록 배터리 모듈(100)을 상부 방향, 특히 배터리 모듈(100)을 경사 상부 방향(도 6의 화살표 C4 방향)으로 지지할 수 있다. 즉, 정상적인 상태에서 다수의 배터리 모듈(100)은 각각 대응하는 탈출부(210)에 직접적 또는 간접적으로 접촉되어 지지됨으로써 기울어진 형태에서 적층된 상태가 유지될 수 있다. 그리고, 특정 배터리 모듈(100)에서 화재가 발생하여 열 또는 압력이 배터리 모듈(100)로부터 탈출부(210)로 인가되는 경우, 해당 탈출부(210)는 개방될 수 있다. 그리고, 이러한 탈출부(210)의 개방으로 인해 배터리 모듈(100)의 지지력이 해제됨으로써, 탈출부(210)는 경사 하부 방향(도 6의 화살표 C3 방향)으로 이동할 수 있다.
더욱이, 배터리 랙(1000)에 다수의 배터리 모듈(100)이 포함된 경우, 각각의 배터리 모듈(100)은 각각에 대응하는 탈출부(210)에 접촉된 상태로 랙 케이스(200)의 내부에 수용될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 구성에서, 상하 방향으로 적층된 다수의 배터리 모듈(100)은, 각 배터리 모듈(100)에 대응되는 탈출부(210)에 일부분이 접촉된 형태로 경사 상부 방향으로 지지될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 임의의 배터리 모듈(100)에서 화재가 발생하였을 때, 탈출부(210)의 개방으로 해당 배터리 모듈(100)이 랙 케이스(200) 외부로 신속하게 배출될 수 있다. 또한, 배터리 모듈(100)을 경사 상부 방향으로 지지하는 구성이 별도로 구비될 필요가 없고 탈출부(210)에 의해 이러한 배터리 모듈 지지 구성이 구현될 수 있다.
도 7은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 랙(1000)의 일부 구성을 확대하여 개략적으로 나타낸 측단면도이다. 본 실시예에서는, 앞선 실시예와 차이점이 있는 부분을 위주로 설명하며, 앞선 설명이 동일 또는 유사하게 적용될 수 있는 부분에 대해서는 중복 설명을 생략한다.
도 7을 참조하면, 랙 케이스(200)에서 상기 탈출부(210)는, 도면에서 EP로 표시된 바와 같이, 내측 방향, 다시 말해 배터리 모듈(100) 방향으로 볼록하게 돌출된 형태로 구성될 수 있다. 특히, 상기 탈출부(210)는, 이와 같이 돌출된 부분을 통해 배터리 모듈(100)의 일부, 이를테면 배터리 모듈(100)의 하위 측면과 면접촉되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 7에서 D2로 표시된 부분과 같이, 상기 탈출부(210)는, 내측으로 돌출된 부분을 통해 배터리 모듈(100)과 직접 면접촉될 수 있다. 더욱이, 상기 탈출부(210)는, 이러한 면접촉 부분을 통해 배터리 모듈(100)을 경사 상부 방향으로 지지하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 탈출부(210)가 배터리 모듈(100)을 넓은 면적으로 지지할 수 있으므로, 탈출부(210)에 의한 배터리 모듈(100)의 지지 구성이 보다 안정적으로 유지될 수 있다. 또한, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 진동이나 움직임 등으로 인해 배터리 모듈(100)이 탈출부(210)를 손상시키는 것이 방지될 수 있다. 따라서, 배터리 모듈(100)이 탈출되지 않아야 하는 정상 상황에서 배터리 모듈(100)이 외부로 탈출되는 것을 방지할 수 있다.
상기 랙 케이스(200)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 안착 프레임(201) 및 측벽(202)을 구비할 수 있다.
상기 안착 프레임(201)은, 배터리 모듈(100)의 하부면이 수평면에 대하여 기울어진 형태가 되도록 하나 이상의 배터리 모듈(100)을 상부에 안착시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 3의 구성을 참조하면, 상기 안착 프레임(201)은, 다수의 배터리 모듈(100)의 하부에 배치되어 최하위 배터리 모듈(100)을 상부 방향으로 지지할 수 있다. 특히, 상기 안착 프레임(201)은, 도면에 도시된 바와 같이, 배터리 모듈(100)이 안착되는 상부면이 수평면에 대하여 소정 각도 경사진 형태가 되도록 구성될 수 있다. 따라서, 안착 프레임(201)의 상부면에 안착된 배터리 모듈(100)은, 이러한 안착 프레임(201)의 경사 각도에 대응하여 기울어진 형태로 유지될 수 있다. 특히, 최하위 배터리 모듈(100)이 안착 프레임(201)의 경사 구성에 의해 기울어진 형태로 유지되면, 최하위 배터리 모듈(100)의 상부에 적층되는 배터리 모듈(100)들 역시 최하위 배터리 모듈(100)과 마찬가지로 기울어진 형태로 유지될 수 있다. 이때, 도 3 내지 도 5에서는 적층된 다수의 배터리 모듈(100)이 상하 방향으로 서로 이격된 것처럼 도시되어 있으나, 본 발명이 반드시 이러한 실시예로 한정되는 것은 아니다. 즉, 다수의 배터리 모듈(100)은, 상부면 및/또는 하부면이 서로 직접 접촉된 형태로 적층될 수 있다.
상기 측벽(202)은, 수평면에 대하여 세워진 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 측벽(202)은 수평면이나 지면 또는 배터리 모듈(100)의 바닥면에 대하여 대략 직각으로 세워진 형태로 구성될 수 있다. 이러한 측벽(202)은, 대략 판상으로 구성될 수 있다. 특히, 상기 측벽(202)은, 적어도 일부분에 상기 탈출부(210)가 복수 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 1 내지 도 5에서 SB로 표시된 후방 측면에 측벽(202)이 구비될 수 있으며, 이러한 측벽(202)에 다수의 탈출부(210)가 제공될 수 있다. 여기서, 다수의 탈출부(210)는, 측벽(202)에서 상하 방향으로 서로 이격된 형태로 배열될 수 있다.
도 8은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 랙(1000)의 구성을 개략적으로 나타내는 측단면도이다. 본 실시예에 대해서도, 앞선 실시예와 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.
도 8을 참조하면, 상기 랙 케이스(200)는, 안착 프레임(201)을 복수 구비할 수 있다. 그리고, 이러한 복수의 안착 프레임(201)은, 상하 방향으로 서로 이격되게 다수 배치될 수 있다. 각각의 안착 프레임(201)은 적어도 상부면이 수평면과 평행하지 않고 수평면에 대하여 0° 초과의 각도로 기울어지도록 구성될 수 있다. 특히, 상기 랙 케이스(200)는, 각 배터리 모듈(100) 마다 서로 다른 안착 프레임(201)이 대응하여 제공되도록 구성될 수 있다. 즉, 랙 케이스(200)는, 각각의 안착 프레임(201)에 1개의 배터리 모듈(100)만 안착되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 각 배터리 모듈(100)이 다른 배터리 모듈(100)의 상부면에 안착되지 않을 수 있다. 따라서, 배터리 모듈(100)의 상부면이 평평하게 구성되지 않은 상태에서도, 배터리 모듈(100)의 탈출이 안정적으로 이루어질 수 있다. 또한, 각 배터리 모듈(100)이 직접 접촉되지 않고 서로 이격된 상태로 적층될 수 있으므로, 1개의 배터리 모듈(100)이 경사 방향을 따라 외부로 탈출할 때, 인접한 다른 배터리 모듈(100)에 의해 방해 받거나 다른 배터리 모듈(100)의 적층 상태를 파괴하는 것을 방지할 수 있다. 한편, 도 8에서는, 각 안착 프레임(201)이 배터리 모듈(100)의 하부에 위치하는 형태로 도시되어 있으나, 본 발명이 반드시 이러한 형태로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 각각의 안착 프레임(201)은, 배터리 모듈(100)의 측부나 상부에 위치하여 대응 배터리 모듈(100)을 지지할 수도 있다.
도 9 및 도 10은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 랙(1000)의 구성을 개략적으로 나타내는 측단면도이다. 본 실시예에 대해서도, 앞선 실시예들과 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 랙(1000)은, 이동 부재(300)를 더 포함할 수 있다. 상기 이동 부재(300)는, 상부에 배터리 모듈(100)이 안착되어 배터리 모듈(100)을 상부 방향으로 지지할 수 있다. 그리고, 상기 이동 부재(300)는, 하부가 랙 케이스(200), 구체적으로는 랙 케이스(200)의 안착 프레임(201)에 안착될 수 있다. 특히, 상기 이동 부재(300)는, 탈출부(210)가 개방되는 경우, 도 10에 도시된 바와 같이, 개방된 탈출부(210)를 통해 랙 케이스(200) 외부로 이동하도록 구성될 수 있다. 즉, 탈출부(210)가 개방되는 경우, 상기 이동 부재(300)는, 랙 케이스(200) 외부로 이동함으로써, 상부에 안착된 배터리 모듈(100)이 외부로 탈출되도록 가이드할 수 있다.
상기 이동 부재(300)의 하부는, 배터리 모듈(100)의 하부면보다 랙 케이스(200)(안착 프레임(201))와의 사이에서 마찰력이 약하게 형성되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 이동 부재(300)는, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 하부에 휠(310)을 구비할 수 있다. 이 경우, 탈출부(210)가 개방되면, 이동 부재(300)는 휠(310)의 회전으로 경사 하부 방향으로 보다 쉽게 이동할 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 모듈(100)의 화재 발생으로 탈출부(210)가 개방될 때, 이동 부재(300)에 의해 배터리 모듈(100)의 탈출이 보다 원활하고 신속하게 이루어질 수 있다. 따라서, 화재에 대한 보다 신속한 대처가 가능해지므로, 화재 확산에 따른 피해를 더욱 줄일 수 있다.
상기 이동 부재(300)는, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 하나의 배터리 랙(1000)에서 복수 포함될 수 있다. 특히, 상기 이동 부재(300)는, 각각의 배터리 모듈(100)마다 별도로 제공될 수 있다. 즉, 하나의 이동 부재(300)는 하나의 배터리 모듈(100)만이 안착되도록 구성될 수 있다. 이 경우, 발화된 배터리 모듈(100)에 대해서만 선택적으로 외부 배출시키는 것이 보다 용이해질 수 있다.
이동 부재(300)가 구비된 실시예의 경우, 랙 케이스(200)는 이동 부재(300)의 이동 경로를 가이드하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 랙 케이스(200)의 안착 프레임(201)은 가이드 레일을 구비할 수 있다. 특히, 안착 프레임(201)의 가이드 레일은, 이동 부재(300)의 하부에 구비된 휠(310)의 이동 경로를 가이드할 수 있다. 또는, 랙 케이스의 좌측면(SL)이나 우측면(SR)의 내면에 이러한 가이드 레일이 구비될 수도 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 랙 케이스(200)의 가이드 구성으로 인해, 배터리 모듈(100)의 탈출이 원활하고 신속하게 이루어질 수 있다. 특히, 이러한 구성에 의하면, 탈출부(210)의 개방 시, 이동 부재(300)가 안착 프레임(201)의 경사 방향을 따라 정확한 탈출 경로로 이동할 수 있으므로, 이동 부재(300)나 배터리 모듈(100) 등이 랙 케이스(200) 내부의 다른 부분에 충돌하거나 끼이는 것을 방지할 수 있다.
바람직하게는, 상기 랙 케이스(200)는, 융점이 서로 다른 둘 이상의 부분을 구비할 수 있다. 그리고, 랙 케이스(200)는, 융점이 상대적으로 낮은 부분이 열에 의해 용융되는 경우, 탈출부(210)가 개방되도록 구성될 수 있다. 이러한 구성에 대해서는, 도 11 및 도 12를 참조하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
도 11 및 도 12는, 본 발명의 일 실시예에 따른 랙 케이스(200)의 일부 구성을 개략적으로 확대하여 나타낸 사시도이다.
먼저, 도 11을 참조하면, 상기 랙 케이스(200)는, N으로 표시된 저융점부를 구비할 수 있다. 이러한 저융점부(N)는, 랙 케이스(200)의 다른 부분에 비해 융점이 낮은 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 랙 케이스(200)는, 전반적으로 금속 재질로 구성되고, 상기 저융점부(N)는 이러한 금속 재질에 비해 현저하게 낮은 융점을 갖는 폴리머 재질로 구성될 수 있다. 보다 구체적인 예로서, 랙 케이스(200)는, 저융점부(N)를 제외한 나머지 부분이 전체적으로 스틸이나 알루미늄 등의 재질로 이루어지고, 저융점부는 에폭시 수지와 같은 접착제로 구성될 수 있다.
이와 같은 구성에서, 저융점부(N)의 융점은, 저융점부(N)를 제외한 다른 부분의 융점보다는 상대적으로 낮게 구성될 수 있다. 더욱이, 저융점부(N)의 융점은, 하나의 배터리 모듈(100)에서 화재가 발생한 경우, 이러한 화재에 의해 랙 케이스(200)의 탈출부(210)로 가해질 수 있는 온도 이하의 융점을 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 배터리 모듈(100)에서 화재 발생 시, 랙 케이스(200)의 탈출부(210)로 열이 인가되어 탈출부(210)가 대략 200℃의 온도로 상승될 수 있다면, 탈출부(210)의 저융점부는 200℃ 이하의 융점을 갖는 재질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 모듈(100)에서 화재 발생 시, 저융점부가 용융되어, 탈출부(210)가 개방될 수 있다. 보다 구체적으로, 도 12를 참조하면, 배터리 모듈(100)에서 화재가 발생한 경우, 저융점부(N)가 용융되어 화살표 C5로 표시된 바와 같이, 탈출부(210)가 개방될 수 있다. 따라서, 배터리 모듈(100)은, 이러한 탈출부(210)의 개방으로 인해 랙 케이스(200) 외부로 탈출될 수 있다.
한편, 상기 저융점부(N)는, 배터리 랙(1000)의 정상적인 작동 환경에서 처해질 수 있는 온도보다는 높은 융점을 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 배터리 랙(1000)은 정상적인 작동 환경에서도 여름철 등 외부 기온이 높은 상황, 또는 이차 전지의 충방전 과정에서 발생하는 열로 인해 내부 온도가 높아질 수 있다. 저융점부(N)는 이와 같은 정상적인 작동 환경에서 나타날 수 있는 고온 범위보다는 높은 온도의 융점을 갖도록 구성될 수 있다. 특히, 저융점부(N)는, 정상적인 작동 환경에서의 고온 범위와 명확한 수준으로 차이를 갖는 융점을 갖는 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 배터리 랙(1000)이 정상적인 작동 환경에서 최고 100℃의 온도까지 이를 수 있다면, 저융점부(N)는, 150℃의 융점을 갖는 재질로 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 모듈(100)에 화재가 발생하지 않은 정상적인 상황에서, 탈출부(210)가 개방되는 문제를 방지할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 랙 케이스(200)의 탈출부(210)는, 본체(211), 도어(212) 및 접합부재(213)를 구비할 수 있다.
여기서, 본체(211)는, 배터리 모듈(100)이 탈출할 수 있는 개구(O)가 형성된 구성요소일 수 있다. 예를 들어, 본체(211)는, 도 1 및 도 2의 구성에서 SB로 표시된 후방 측면일 수 있다. 여기서, 본체(211)에 형성된 개구(O)는, 앞서 설명한 바와 같이, 배터리 모듈(100)의 크기보다 크게 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 11 및 도 12의 구성에서, 본체(211) 개구(O)의 좌우 방향(Y축 방향) 폭 및 상하 방향(Z축 방향) 높이는, 배터리 모듈(100)의 좌우 방향 폭 및 상하 방향 높이보다 크게 형성될 수 있다.
도어(212)는, 본체(211)의 개구(O)를 개폐 가능하도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 도어(212)는, 오픈되어 본체(211)의 개구(O)가 외부로 노출되도록 하거나, 클로우즈되어 본체(211)의 개구(O)가 외부로 노출되지 않도록 구성될 수 있다. 여기서, 도어(212)가 클로우즈된 상태에서는 배터리 모듈(100)은 본체(211)의 개구(O)를 통해 랙 케이스(200) 외부로 탈출될 수 없다. 반면, 도어(212)가 오픈되면 배터리 모듈(100)은 본체(211)의 개구(O)를 통해 랙 케이스(200) 외부로 탈출될 수 있다.
접합부재(213)는, 본체(211)와 도어(212)에 비해 융점이 낮은 재질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 본체(211)와 도어(212)는 스틸이나 알루미늄 등의 금속 재질로 구성되고, 접합부재(213)는 플라스틱과 같은 상대적으로 융점이 낮은 재질로 구성될 수 있다. 또한, 접합부재(213)는, 본체(211)와 도어(212)를 결합시켜 도어(212)가 본체(211)의 개구(O)를 폐쇄하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 접합부재(213)는 도 11의 저융점부(N)와 같이, 본체(211)와 도어(212)의 적어도 일부분 사이에 개재되어, 본체(211)와 도어(212)가 서로 결합 고정되도록 구성될 수 있다. 그러나, 배터리 모듈(100)에 화재가 발생하여 배터리 모듈(100)로부터 접합부재(213)로 일정 수준 이상, 다시 말해 접합부재(213)의 융점 이상의 열이 인가되면, 접합부재(213)는 멜팅되어 더 이상 본체(211)와 도어(212)를 결합 고정시킬 수 없다. 따라서, 도 12에 도시된 바와 같이, 접합부재(213)에 의한 본체(211)와 도어(212)의 결합 부분은 서로 분리되며, 본체(211)의 개구(O)가 개방될 수 있다. 그리고, 배터리 모듈(100)은 이러한 본체(211)의 개구(O)를 통해, 랙 케이스(200) 외부로 탈출될 수 있다.
이와 같이, 도어(212)는, 접합부재(213)가 용융되지 않은 상태에서는 본체(211)의 개구(O)를 노출시키지 않도록 구성될 수 있다. 즉, 접합부재(213)의 접합력에 의해 도어(212)는 본체(211)의 개구(O)를 폐쇄하며, 배터리 모듈(100)이 랙 케이스(200) 내부에 위치하도록 배터리 모듈(100)을 지지할 수 있다. 그러나, 접합부재(213)가 용융되는 경우, 도어(212)의 적어도 일부는 본체(211)와의 결합 상태가 해제되며, 본체(211)의 개구(O)를 노출시키도록 구성될 수 있다. 여기서, 도어(212)는, 접합부재(213)가 용융된 경우, 본체(211)의 개구(O)가 완전히 노출되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도어(212)는, 도 11 및 도 12의 실시예에 도시된 바와 같이, 본체(211)에 힌지 결합되어 힌지 회동 가능하게 구성될 수 있다. 특히, 도어(212)는, 하단부가 본체(211)의 개구(O) 하단부에 힌지 결합되게 구성될 수 있다. 그리고, 도어(212)는, 상단부의 적어도 일부가 본체(211)의 개구(O) 상단부에 접합부재(213)에 의해 결합되게 구성될 수 있다. 이러한 구성에서, 배터리 모듈(100)로부터 접합부재(213)로 열이 인가되면, 접합부재(213)는 용융되고 도어(212)의 상단부와 본체(211)의 개구(O) 상단부 사이의 결합력은 해제될 수 있다. 그러면, 중력에 의해 배터리 모듈(100)이 경사 하부 방향을 따라 도어(212)를 외측으로 밀게 될 수 있다. 그리고, 이로 인해, 도 12의 화살표 C5와 같이 도어(212)가 힌지 회동되어, 본체(211)의 개구(O)는 개방될 수 있다.
도 13은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 랙(1000)의 일부 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다. 도 13에서는, 설명의 편의를 위해, 하나의 배터리 모듈(100)을 중심으로 도시되어 있다. 본 실시예에 대해서도, 앞선 실시예와 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.
도 13을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 랙(1000)은, 윤활 튜브(400)를 더 포함할 수 있다. 상기 윤활 튜브(400)는, 튜브 내부에 윤활 물질을 보유할 수 있다. 특히, 상기 윤활 튜브(400)는, 열이 인가되는 경우 내부의 윤활 물질을 외부로 배출시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 윤활 튜브(400)는, 배터리 모듈(100)의 화재 발생 시 적어도 일부분이 용융되거나 파손되어 내부의 윤활 물질을 튜브 외부로 배출시키도록 구성될 수 있다. 일례로, 상기 윤활 튜브(400)는, 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌과 같은 고분자 재질로 구성될 수 있다.
특히, 상기 윤활 튜브(400)는, 내부의 윤활 물질이 외부로 배출되는 경우, 배터리 모듈(100)의 탈출을 용이하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 13에 도시된 바와 같이, 윤활 튜브(400)는, 배터리 모듈(100)의 주변, 특히 하단에 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 도 13의 구성에 도시된 바와 같이, 윤활 튜브(400)는, 배터리 모듈(100) 하면과 안착 프레임(201) 상면에 개재되는 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, 윤활 튜브(400)가 열에 의해 내부의 윤활 물질을 배출하면, 배터리 모듈(100) 하단과 안착 프레임(201) 상면 사이로 윤활 물질이 배출될 수 있다. 이러한 윤활 물질은, 배터리 모듈(100)과 안착 프레임(201) 사이의 접촉면에 대한 마찰력을 감소시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 모듈(100)의 화재 발생 시, 배터리 모듈(100)의 탈출이 보다 원활하고 신속하게 이루어지도록 할 수 있다.
상기 윤활 튜브(400)에 구비된 윤활 물질은, 배터리 모듈(100)의 하면에 대한 마찰력을 줄일 수 있는 물질로서 다양한 물질이 이용될 수 있다. 예를 들어, 윤활 튜브(400)는, 윤활 물질로서 절연성 오일 등을 보유할 수 있다. 일례로, 윤활 물질은, 콩기름일 수 있다. 이 경우, 윤활 물질이 배출되어 특정 배터리 모듈(100)을 외부로 탈출시킨 이후, 배출된 윤활 물질에 의해 배터리 랙(1000) 내부에서 쇼트가 발생하는 문제 등이 예방될 수 있다. 따라서, 윤활 물질이 배출된 경우에도, 배터리 랙(1000) 내부에 위치하는 다른 대부분의 배터리 모듈(100)들에 대해서는 계속해서 사용 가능할 수 있다.
한편, 앞선 여러 실시예에서, 탈출부(210)는, 배터리 모듈(100)에서 공급된 열에 의해 용융되어 개방되는 형태를 중심으로 설명되었으나, 본 발명이 반드시 이러한 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 랙 케이스(200)는, 열에 의해 소정 부분이 찢어지거나 파손되어 탈출부(210)가 개방되는 형태로 구성될 수도 있다.
또한, 랙 케이스(200)는, 탈출부(210)가 열이 아닌 압력에 의해 개방되도록 구성될 수도 있다. 특히, 배터리 모듈(100) 내부에서 화재가 발생하는 경우, 열이 배터리 모듈(100) 외부로 직접 배출되기 전에 가스가 먼저 배터리 모듈(100) 외부로 배출될 수 있다. 이 경우, 배터리 모듈(100) 외부로 배출된 가스에 의해, 탈출부(210)에는 일정 수준 이상의 압력이 인가될 수 있다. 그리고, 이러한 압력에 의해 탈출부(210)는 적어도 일부분이 파손되어 개방되는 형태로 구성될 수 있다.
도 14는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙(1000)의 일부 구성을 확대하여 개략적으로 나타내는 측단면도이다. 도 14에서는, 설명의 편의를 위해, 하나의 배터리 모듈(100)의 일부분만을 도시하여 나타내도록 한다. 본 실시예에 대해서도, 앞선 실시예들과 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.
도 14를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 랙(1000)에서 다수의 배터리 모듈(100) 각각은, 가스 배출구(121)를 포함할 수 있다. 가스 배출구(121)는, 각 배터리 모듈(100) 내부에서 가스 발생 시, 발생된 가스를 배출시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 14에 도시된 바와 같이, 하나의 배터리 모듈(100)은, 모듈 케이스(120) 내부에 하나 이상의 이차 전지(110)를 구비하되, 모듈 케이스(120)의 적어도 일측에 가스 배출구(121)를 구비할 수 있다. 이러한 가스 배출구(121)는, 모듈 케이스의 내부와 외부 사이를 관통하는 경로를 제공할 수 있다.
특히, 배터리 모듈(100)은, 상기 가스 배출구(121)가 랙 케이스(200)의 탈출부(210)를 향하는 방향으로 가스나 화염이 배출되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 14에 도시된 바와 같이, 탈출부(210)는 배터리 모듈(100)의 하위 측면 외측에 위치하고 있으므로, 가스 배출구(121)는, 배터리 모듈(100)의 하위 측면에 구비될 수 있다. 그리고, 가스 배출구(121)는, 도 14에서 C6으로 표시된 바와 같이, 배터리 모듈(100)의 하위 측면에서 외측 방향, 즉 탈출부(210)가 있는 방향으로 내부의 가스나 화염을 배출하도록 구성될 수 있다.
특히, 도 11 및 도 12의 실시예와 같이 탈출부(210)에 접합부재(213)가 멜팅부로서 구비된 경우, 상기 가스 배출구(121)는, 가스 배출 방향이 접합부재(213)를 직접 향하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 가스 배출구(121)로부터 배출된 가스는 접합부재(213)를 향하여 가장 가까운 거리로서 분사될 수 있다. 따라서, 가스 배출구(121)로부터 배출된 가스는 최대한 식지 않고 높은 온도를 유지한 채 접합부재(213)로 향할 수 있다. 그러면, 접합부재(213)는 융점 이상의 온도로 보다 쉽게 가열되어 멜팅될 수 있다. 따라서, 도어(211)가 개방되어 개구(O)가 노출됨으로써, 배터리 모듈(100)이 개구(O)를 통해 쉽게 탈출될 수 있다. 따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 모듈(100)에서 화재 발생 시, 보다 신속하고 원활하게 배터리 모듈(100)이 탈출할 수 있다.
도 15 및 도 16은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 랙(1000)의 구성을 개략적으로 나타내는 측단면도이다. 본 실시예에 대해서도 앞선 실시예와 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 랙(1000)은, 연결부재(500)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 연결부재(500)는, 다수의 배터리 모듈(100)에 구비된 모듈 단자(101) 사이를 전기적으로 연결하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 연결부재(500)는, 둘 이상의 배터리 모듈(100)의 양극 단자 사이, 또는 음극 단자 사이를 서로 연결하여 다수의 배터리 모듈(100)이 서로 병렬로 연결되도록 할 수 있다. 또는, 연결부재(500)는, 2개의 배터리 모듈(100)의 양극 단자와 음극 단자 사이를 서로 연결하여 다수의 배터리 모듈(100)이 서로 직렬로 연결되도록 할 수 있다. 이처럼, 연결부재(500)는, 배터리 모듈(100) 사이를 전기적으로 연결하기 위한 구성이기 때문에, 적어도 일부분이 전기 전도성 재질, 이를테면 구리나 니켈과 같은 금속 재질로 구성될 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 배터리 랙(1000)에서 상기 연결부재(500)는, 랙 케이스(200)에 결합 고정될 수 있다. 예를 들어, 도 15에 도시된 바와 같이, 랙 케이스(200)는, 전면 커버(203)를 구비할 수 있다. 이러한 전면 커버(203)는, 도 1의 구성에서 SF로 표시된 배터리 랙(1000)의 전면 개방단을 커버하는 형태로 구성될 수 있다. 즉, 전면 커버(203)는, 배터리 랙(1000)의 전면 개방단을 개폐 가능하도록 구성될 수 있다. 보다 구체적으로, 전면 커버(203)는, 배터리 모듈(100)이 전면 개방단을 통해 랙 케이스(200) 내부에 모두 수납된 상태에서, 도 15에서 화살표 c7 및 c7'으로 표시된 바와 같이 랙 케이스(200)의 다른 부분에 결합될 수 있다.
이와 같은 구성에서, 연결부재(500)는, 랙 케이스(200)의 전면 커버(203), 특히 전면 커버(203)의 내면에 결합 고정될 수 있다. 이 경우, 도 15에 도시된 바와 같이, 전면 커버(203)가 랙 케이스(200)의 다른 부분에 결합되지 않은 상태에서는, 연결부재(500)가 배터리 모듈(100)의 모듈 단자(101)에 접촉하지 않을 수 있다. 그러나, 도 16에 도시된 바와 같이, 전면 커버(203)가 랙 케이스(200)의 다른 부분에 결합되어 랙 케이스(200)의 전면 개방단을 폐쇄시킬 때에는, 연결부재(500)가 배터리 모듈(100)의 각 모듈 단자(101)에 접촉할 수 있다. 따라서, 전면 커버(203)가 화살표 c7 및 c7'으로 표시된 바와 같이 랙 케이스(200)의 전면부에 조립 체결되는 경우, 배터리 모듈(100) 사이는 연결부재(500)에 의해 자동으로 전기적으로 연결될 수 있다.
연결부재(500)는, 배터리 모듈(100) 사이의 전기적 연결을 위해 배터리 모듈(100)의 여러 모듈 단자(101)와 직접 접촉할 수 있다. 특히, 연결부재(500)는, 일부 배터리 모듈(100)이 탈출부(210)를 통해 탈출하는 경우, 모듈 단자(101)와 접촉 상태가 해제되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 연결부재(500)는, 배터리 모듈(100)의 모듈 단자(101)와 단순하게 표면 접촉되고, 볼트와 같은 다른 체결부재에 의해 체결 고정되지 않도록 구성될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 탈출부(210)가 개방될 때, 모듈 단자(101) 사이를 연결하는 연결 부재에 의해 배터리 모듈(100)의 탈출을 방해하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 배터리 모듈(100) 화재 시, 배터리 모듈(100)의 신속하고 원활한 배출을 도모할 수 있다.
바람직하게는, 상기 연결부재(500)는, 각 배터리 모듈(100)의 측면 중 상부에 위치하는 측면, 다시 말해 각 배터리 모듈(100)의 상위 측면에 대면되는 랙 케이스(200) 부분에 결합 고정될 수 있다.
예를 들어, 도 15 및 도 16에 도시된 바와 같이, 배터리 모듈(100)은 전후 방향(도면의 X축 방향)으로 기울어진 형태로 구성되어 후방 측면이 하부에 위치하고 전방 측면이 상부에 위치하도록 구성될 수 있다. 여기서, 배터리 모듈(100)의 후방 측면은 하위 측면, 배터리 모듈(100)의 전방 측면은 상위 측면일 수 있다. 이러한 구성에서, 연결부재(500)는, 다수의 배터리 모듈(100)의 상위 측면에 대면되는 랙 케이스(200) 부분에 결합 고정될 수 있다. 즉, 배터리 모듈(100)의 모듈 단자(101)는 배터리 모듈(100)의 상위 측면에 구비되고, 이러한 배터리 모듈(100)의 모듈 단자(101)를 연결하기 위한 연결부재(500) 역시 배터리 모듈(100)의 상위 측면 외측에 위치할 수 있다. 도 15 및 도 16에서는, 배터리 모듈(100)의 상위 측면 외측에 랙 케이스(200)로서 전면 커버(203)가 위치하므로, 연결부재(500)는 전면 커버(203)에 구비될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 탈출부(210)의 개방으로 배터리 모듈(100)이 경사 방향을 따라 하강할 때, 배터리 모듈(100)과 연결부재(500) 사이의 전기적 연결이 자동으로 해제될 수 있다. 따라서, 별도의 제어 동작 없이도, 화재가 발생한 배터리 모듈(100)에 대한 전기적 연결이 차단될 수 있다. 또한, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 배터리 모듈(100)의 탈출 경로에 연결부재(500)가 위치하지 않으므로, 연결부재(500)에 의한 배터리 모듈(100)의 탈출 방해가 일어나지 않을 수 있다.
또한 바람직하게는, 상기 연결부재(500)는, 탄성적으로 압축된 상태로 배터리 모듈(100)의 모듈 단자(101)와 접촉되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 16에 도시된 바와 같이, 전면 커버(203)가 랙 케이스(200)의 일부로서 다른 부분과 조립 체결이 완료된 경우, 연결부재(500)의 후단부는 전방 측 방향(+X축 방향)으로 압축된 상태에서 모듈 단자(101)와 접촉되게 구성될 수 있다. 이 경우, 연결부재(500)는 후방 측 방향(-X축 방향)으로 힘을 인가하고자 하는 복원력을 갖고 있다고 할 수 있다. 다만, 전면 커버(203)는, 랙 케이스(200)의 다른 부분, 이를테면 상부나 하부, 좌측면 또는 우측면과 강하게 결합 고정되어 있으므로, 연결부재(500)의 복원력(탄성력)은 발현되지 않은 상황이 유지될 수 있다.
본 발명의 이러한 구성에 의하면, 연결부재(500)와 배터리 모듈(100)의 모듈 단자(101) 사이의 접촉성이 보다 향상될 수 있다. 뿐만 아니라, 탈출부(210)가 개방되는 경우, 연결부재(500)의 탄성력, 즉 복원력은 배터리 모듈(100)을 후방 측 방향(-X축 방향)으로 보다 강하게 밀 수 있다. 따라서, 이 경우, 배터리 모듈(100)의 탈출이 보다 신속하게 이루어질 수 있다.
보다 구체적으로, 연결부재(500)는, 도 15 및 도 16에 도시된 바와 같이 버스바(510) 및 탄성체(520)를 포함할 수 있다. 여기서, 버스바(510)는 금속과 같은 전기 전도성 재질로 구성될 수 있다. 특히, 버스바(510)는 적어도 일부분이 판상으로 구성되어 배터리 모듈(100)의 모듈 단자(101)와 면접촉되는 형태로 구성될 수 있다. 탄성체(520)는, 탄성을 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 탄성체(520)는 고무나 실리콘과 같이 탄성을 갖는 재질로 구성될 수 있다. 또는, 탄성체(520)는 스프링과 같이 탄성을 갖는 형태로 구성될 수 있다.
도 16에 도시된 바와 같이, 전면 커버(203)가 랙 케이스(200)의 상부 및 하부에 체결된 경우, 탄성체(520)는 도 15에 도시된 경우에 비해 전후 방향(Y축 방향) 길이가 줄어든 형태로 존재할 수 있다. 즉, 탄성체(520)는 후단부가 전단부에 가까워진 상태로 압축된 형태로 존재할 수 있다. 이러한 상태에서, 탄성체(520)는 원래 상태대로 복원되고자 하는 힘, 즉 복원력이 배터리 모듈(100) 측으로 작용될 수 있다. 따라서, 탈출부(210)가 개방되는 경우 탄성체(520)의 복원력은 배터리 모듈(100)이 탈출부(210)를 향해 보다 빠르게 이동되도록 할 수 있다.
도 17은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 랙(1000)의 구성을 개략적으로 나타내는 측단면도이다. 본 실시예에서도 앞선 실시예와 차이점이 있는 부분을 위주로 설명한다.
도 17을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 랙(1000)은, 화재진압 모듈(600)을 더 포함할 수 있다.
상기 화재진압 모듈(600)은, 소화 물질을 구비할 수 있다. 예를 들어, 상기 화재진압 모듈(600)은, 배스(bath)를 구비하여 내부에 소화 물질을 수용할 수 있다. 여기서, 소화 물질은 배터리 랙(1000)의 화재를 진압할 수 있는 물질로서, 다양한 물질이 채용될 수 있다. 예를 들어, 화재진압 모듈(600)은, 소화 물질로서 해수나 흙 등을 구비할 수 있다.
상기 화재진압 모듈(600)은, 랙 케이스(200)의 외측에 구비될 수 있다. 특히, 화재진압 모듈(600)은 랙 케이스(200)에서 탈출부(210)가 위치하는 측 외측에 구비될 수 있다. 예를 들어, 도 17에 도시된 바와 같이, 탈출부(210)가 랙 케이스(200)의 후방 측벽(202)에 위치하는 경우, 화재진압 모듈(600)은 랙 케이스(200)의 후방 측벽(202) 외측, 다시 말해 랙 케이스(200)의 후방에 위치할 수 있다.
상기 화재진압 모듈(600)은, 배터리 모듈(100)이 탈출부(210)를 통해 탈출하는 경우, 탈출된 배터리 모듈(100)을 수용하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 화재진압 모듈(600)은 적어도 하나의 배터리 모듈(100)보다 큰 크기를 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 화재진압 모듈(600)이 배스를 구비할 때 배스의 내부 공간은 적어도 하나의 배터리 모듈(100)의 크기 및 부피보다 크도록 구성될 수 있다. 그리고, 화재진압 모듈(600)은, 탈출부(210)를 통해 탈출한 배터리 모듈(100)이 낙하하여 떨어지는 위치에 위치할 수 있다. 또한, 화재진압 모듈(600)은 배터리 랙(1000)에 포함된 모든 탈출부(210)나 모든 배터리 모듈(100)보다 낮은 위치에 위치하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 화재진압 모듈(600)은 랙 케이스(200)에서 최하부에 위치하는 탈출부(210)보다 낮은 위치에 위치할 수 있다. 따라서, 상부에 위치한 탈출부(210)를 통해 탈출한 배터리 모듈(100)은 물론이고 최하부의 탈출부(210)를 통해 탈출한 배터리 모듈(100)까지도 중력에 의해 화재진압 모듈(600)로 낙하하도록 구성될 수 있다.
한편, 여러 도면들에는 도시되지 않았지만, 본 발명에 따른 배터리 랙(1000)은, 랙 케이스(200)의 내부 또는 외부에 배터리 관리 장치(Battery Management System; BMS) 등 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전력 저장 장치는, 상술한 본 발명에 따른 배터리 랙(1000)을 하나 이상 포함할 수 있다. 특히, 전력 저장 장치는, 본 발명에 따른 배터리 랙(1000)을 다수 포함할 수 있다. 그리고, 이러한 다수의 배터리 랙(1000)은 상호 전기적으로 연결될 수 있다. 본 발명에 따른 전력 저장 장치는, 스마트 그리드 시스템이나 전기 충전 스테이션 등 다양한 형태로 구현될 수 있다..
한편, 본 명세서에서는 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100: 배터리 모듈
101: 모듈 단자
110: 이차 전지, 120: 모듈 케이스
121: 가스 배출구
200: 랙 케이스
201: 안착 프레임, 202: 측벽, 203: 전면 커버
210: 탈출부
211: 본체, 212: 도어, 213: 접합부재
300: 이동 부재
310: 휠
400: 윤활 튜브
500: 연결부재
510: 버스바, 520: 탄성체
600: 화재진압 모듈
1000: 배터리 랙

Claims (14)

  1. 각각 하나 이상의 이차 전지를 구비하여 에너지를 저장 및 방출하고, 상호 전기적으로 연결되며, 하부면이 수평면에 대하여 기울어진 형태로 상하 방향으로 적층된 다수의 배터리 모듈; 및
    상기 다수의 배터리 모듈을 수용하며, 상기 다수의 배터리 모듈의 하위 측면에 대면되는 부분에 제공되어 적어도 하나의 배터리 모듈로부터 가해지는 열 또는 압력에 의해 개방되도록 구성된 탈출부를 구비하는 랙 케이스
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 랙 케이스는, 상기 탈출부가 개방되는 경우, 대응하는 배터리 모듈만을 외부로 이탈시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 랙 케이스는, 배터리 모듈의 하부면이 수평면에 대하여 기울어진 형태가 되도록 배터리 모듈을 상부에 안착시키도록 구성된 안착 프레임 및 수평면에 대하여 세워진 형태로 구성되고 적어도 일측에 상기 탈출부가 복수 형성된 측벽을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 랙 케이스는, 상기 안착 프레임을 복수 구비하여 각 배터리 모듈이 서로 다른 안착 프레임에 안착되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 랙 케이스는, 융점이 서로 다른 둘 이상의 부분을 구비하여, 융점이 상대적으로 낮은 부분이 열에 의해 용융되는 경우, 상기 탈출부가 개방되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 랙 케이스의 탈출부는, 개구가 형성된 본체, 상기 본체의 개구를 개폐 가능하도록 구성된 도어 및 상기 본체와 상기 도어를 결합시키고 상기 본체와 상기 도어에 비해 융점이 낮은 재질을 포함하는 접합부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  7. 제1항에 있어서,
    튜브 내부에 윤활 물질을 보유하며, 열이 인가되는 경우 내부의 윤활 물질을 외부로 배출시켜 상기 배터리 모듈의 탈출을 용이하게 하도록 구성된 윤활 튜브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 배터리 모듈은 각각, 내부에서 가스 발생 시 발생된 가스를 배출시키는 가스 배출구를 포함하되, 상기 가스 배출구는 상기 랙 케이스의 탈출부를 향하는 방향으로 가스가 배출되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 배터리 모듈에 각각 구비된 모듈 단자 사이를 전기적으로 연결하도록 구성된 연결부재를 더 포함하며,
    상기 연결부재는 상기 랙 케이스에 결합 고정되고, 상기 배터리 모듈의 모듈 단자와 접촉되되, 일부 배터리 모듈이 상기 탈출부를 통해 탈출하는 경우 탈출된 배터리 모듈의 모듈 단자와 접촉 상태가 해제되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 연결부재는, 각 배터리 모듈의 측면 중 상위 측면에 대면되는 랙 케이스 부분에 결합 고정된 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 연결부재는, 탄성적으로 압축된 상태로 상기 모듈 단자와 접촉되도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 배터리 모듈은, 각각의 탈출부에 접촉된 상태로 상기 랙 케이스에 수용된 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  13. 제1항에 있어서,
    소화 물질을 구비하고, 상기 랙 케이스의 외측에 구비되어, 배터리 모듈이 상기 탈출부를 통해 탈출하는 경우 탈출된 배터리 모듈을 수용하도록 구성된 화재진압 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 배터리 랙을 포함하는 전력 저장 장치.
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