KR20200107213A - 화염의 외부 노출을 방지할 수 있는 구조를 갖는 ess 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 모듈은, 복수의 배터리 셀과 복수의 운모 격벽 어셈블리가 적층되어 형성된 셀 적층체 및 상기 셀 적층체의 양 측부에 결합되는 한 쌍의 버스바 프레임을 포함하는 셀 적층체 어셈블리; 및 상기 셀 적층체 어셈블리를 수용하며, 상기 셀 적층체 어셈블리의 전방과 후방 그리고 양 측부에 대응하는 위치에 형성되는 복수의 유로 홀을 구비하는 하우징; 을 포함하며, 상기 운모 격벽 어셈블리는, 인접한 배터리 셀의 사이 및 상기 셀 적층체의 최 외각에 구비되어 기준 온도 미만에서는 상기 셀 적층체의 적층 방향을 따라 유로를 형성하고 기준 온도 이상에서는 상기 유로를 차단하도록 동작한다.

Description

화염의 외부 노출을 방지할 수 있는 구조를 갖는 ESS 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩{A ESS module having a structure capable of preventing external exposure of a flame and a ESS pack comprising the same}
본 발명은, 화염의 외부 노출을 방지할 수 있는 구조를 갖는 ESS 모듈 및 이를 포함하는 ESS 팩에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는, 배터리 셀의 벤팅(venting)에 의한 가스는 외부로 용이하게 배출이 가능하지만 내부에 화염이 발생된 경우 화염의 외부 유출은 효과적으로 방지할 수 있는 구조를 갖는 ESS 모듈 및 이를 포함하는 ESS 팩에 관한 것이다.
ESS(Energy storage system) 모듈의 경우, 화재 시험 대응을 위하여 UL9450A 규정을 기준으로 한다. 이러한 UL9450A 규정에 따른 화재 시험은, ESS 모듈 내부의 배터리 셀을 히팅 패드(heating pad)로 분당 5~7도의 승온 속도로 가열하여 배터리 셀의 열폭주 현상(thermal runaway)을 일으켜야 한다.
또한, UL9450A 규정을 만족하기 위해서는, 이러한 열폭주 현상이 발생된 경우에 있어서, ESS 모듈의 외부로 벤팅(venting)에 따른 가스의 배출만이 이루어지고 내부에 발생된 화염은 외부로 노출되지 않아야 한다.
그러나, 냉각 방식에 있어서 공냉식을 채용하고 있는 ESS 모듈의 경우, 공기의 원활한 흐름을 위해 배터리 셀의 적층 방향을 따라 유로가 형성되어 있으며, 이러한 유로의 형성으로 인해 특정 배터리 셀에서 열폭주 현상이 일어나는 경우 열 및 화염이 유로를 따라 인접한 배터리 셀들로 쉽게 전파될 수 밖에 없다는 문제가 있다.
더욱이, 배터리 셀의 온도 상승으로 인한 열폭주 현상의 발생이 일어나는 경우에는, 그에 앞서 배터리 셀의 벤팅에 따른 가스 발생이 동반된다. 이러한 가스의 외부 배출이 원활하게 이루어져야만 ESS 모듈의 내부 압력 증가에 의한 화염의 증가 및 폭발 등의 더 큰 이슈가 발생되지 않기 때문에 ESS 모듈은 가스의 원활한 배출이 가능한 구조를 갖추어야 한다.
따라서, 일반적인 사용 상황에서 내부의 배터리 셀의 원활한 냉각 및 벤팅에 의해 발생된 가스의 원활한 배출이 가능한 동시에 일부 배터리 셀에서 발생된 화염이 인접한 배터리 셀로 전파되는 것을 최대한 방지할 수 있는 구조를 갖는 ESS 모듈 구조의 개발이 요구되는 실정이다.
본 발명은, 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 일반적인 사용 상황에서 내부의 배터리 셀의 원활한 냉각 및 벤팅에 의해 발생된 가스의 원활한 배출이 가능한 동시에 일부 배터리 셀에서 발생된 화염이 인접한 배터리 셀로 전파되는 것을 최대한 방지할 수 있는 구조를 갖는 ESS 모듈 구조를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래에 기재된 발명의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 모듈은, 복수의 배터리 셀과 복수의 운모 격벽 어셈블리가 적층되어 형성된 셀 적층체 및 상기 셀 적층체의 양 측부에 결합되는 한 쌍의 버스바 프레임을 포함하는 셀 적층체 어셈블리; 및 상기 셀 적층체 어셈블리를 수용하며, 상기 셀 적층체 어셈블리의 전방과 후방 그리고 양 측부에 대응하는 위치에 형성되는 복수의 유로 홀을 구비하는 하우징; 을 포함하며, 상기 운모 격벽 어셈블리는, 인접한 배터리 셀의 사이 및 상기 셀 적층체의 최 외각에 구비되어 기준 온도 미만에서는 상기 셀 적층체의 적층 방향을 따라 유로를 형성하고 기준 온도 이상에서는 상기 유로를 차단하도록 동작한다.
상기 운모 격벽 어셈블리는, 상단 및 하단 중 적어도 어느 한곳에 형성되는 유로 홈을 구비하는 운모 격벽; 및 상기 유로 홈의 일부를 채우되 기준 온도 이상에서 팽창하여 상기 유로 홈을 완전히 채우는 제1 팽창 그라파이트 시트; 를 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀은, 파우치 타입 배터리 셀이며, 폭 방향 양 측부에 부착되는 실링 테이프를 구비할 수 있다.
상기 ESS 모듈은, 상기 셀 적층체의 적층 방향 양 측부에 밀착되어 상기 셀 적층체를 가압하며, 상기 버스바 프레임에 고정되는 한 쌍의 가압 플레이트를 더 포함할 수 있다.
상기 하우징은, 상기 셀 적층체 어셈블리의 하부를 커버하는 하부 플레이트, 상기 셀 적층체 어셈블리의 전방을 커버하는 전방 플레이트 및 상기 셀 적층체 어셈블리의 후방을 커버하는 후방 플레이트를 포함하는 하부 하우징; 및 상기 셀 적층체 어셈블리의 상부를 커버하는 상부 플레이트 및 상기 셀 적층체 어셈블리의 양 측부를 커버하는 한 쌍의 측방 플레이트를 포함하는 상부 하우징; 을 포함할 수 있다.
상기 ESS 모듈은, 상기 전방 플레이트와 셀 적층체 어셈블리 사이 및 상기 후방 플레이트와 셀 적층체 어셈블리 사이에 개재되는 메쉬 격벽 어셈블리를 더 포함할 수 있다.
상기 메쉬 격벽 어셈블리는, 상단 및 하단 중 적어도 어느 한곳에 형성되는 결합 홈을 구비하는 메쉬 격벽; 및 상기 결합 홈을 채우면서 메쉬 격벽에 결합되며, 복수의 유로 홀을 구비하되 기준 온도 이상에서 상기 유로 홀이 사라지도록 팽창하는 제2 팽창 그라파이트 시트; 를 포함할 수 있다.
상기 ESS 모듈은, 상기 측방 플레이트와 셀 적층체 어셈블리 사이에 개재되는 메쉬 플레이트를 더 포함할 수 있다.
상기 ESS 모듈은, 상기 셀 적층체와 메쉬 플레이트 사이에 개재되되 상기 메쉬 플레이트와 나란하게 배치되며, 복수의 유로 홀을 구비하는 제1 운모 플레이트를 더 포함할 수 있다.
상기 ESS 모듈은, 상기 셀 적층체와 메쉬 플레이트 사이에 배치되되 상기 메쉬 플레이트와 수직하게 배치되어 상기 버스바 프레임의 내부 공간을 구획하는 제2 운모 플레이트를 더 포함할 수 있다.
한편, 상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 팩은, 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 모듈을 복수개 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, ESS 모듈의 일반적인 사용 상황에서는 내부의 배터리 셀의 원활한 냉각 및 벤팅에 의해 발생된 가스의 원활한 배출이 가능한 동시에 일부 배터리 셀에서 발생된 화염이 인접한 배터리 셀로 전파되는 지연 및/또는 방지할 수 있게 된다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 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 ESS 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 모듈을 나타내는 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 모듈에 적용되는 셀 적층체 어셈블리를 나타내는 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 모듈에 적용되는 셀 적층체 어셈블리를 나타내는 완성 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 모듈에 있어서 상부 하우징을 제거한 형태를 나타내는 도면으로서, 팽창 그라파이트가 팽창하지 않은 상태를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명에 적용되는 운모 플레이트 어셈블리를 나타내는 도면으로서, 팽창 그라파이트가 팽창하지 않은 상태를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 모듈에 있어서 상부 하우징을 제거한 형태를 나타내는 도면으로서, 팽창 그라파이트가 팽창한 이 후의 상태를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명에 적용되는 운모 플레이트 어셈블리를 나타내는 도면으로서, 팽창 그라파이트가 팽창한 이 후의 상태를 나타내는 도면이다.
도 11 내지 도 14는 본 발명에 적용되는 메쉬 플레이트 어셈블리에 있어서 팽창 그라파이트에 형성된 유로 홀이 온도의 상승에 따라 사라지는 모습을 나타내는 도면이다.
도 15는 도 1의 X-X 선을 따라 절단된 단면을 나타내는 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 모듈의 측부에서 바라본 내부 구조를 나타내는 도면이다.
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 아니 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 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 모듈은 셀 적층체 어셈블리(100), 하부 하우징(200), 상부 하우징(300), 냉각 팬 블록(400), 메쉬 격벽 어셈블리(500), 메쉬 플레이트(600), 제1 운모 플레이트(700) 및 제2 운모 플레이트(800)를 포함할 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 셀 적층체 어셈블리(100)는 셀 적층체(110), 버스바 프레임(120) 및 가압 플레이트(130)를 포함한다.
상기 셀 적층체(110)는 복수의 배터리 셀(111)과 복수의 운모 격벽 어셈블리(112)가 적층되어 형성된다. 상기 배터리 셀(111)로는 파우치 타입의 배터리 셀이 적용될 수 있다. 상기 배터리 셀(111)은, 길이 방향 양 측을 통해 각각 인출되는 한 쌍의 전극 리드(111a)를 구비한다. 상기 배터리 셀(111)의 폭 방향 양 측부에는 배터리 셀(111)을 구성하는 파우치 케이스의 밀봉성을 강화하기 위한 실링 테이프(T)가 부착된다. 이러한 실링 테이프(T)의 적용으로 인해, 파우치 타입의 배터리 셀(111)은, 파우치 케이스의 폭 방향 양 측부의 밀봉성이 길이 방향 양 측부의 밀봉성보다 우수한 특성을 가지게 된다.
상기 파우치 타입 배터리 셀(111)의 이러한 특성으로 인해, ESS 모듈의 내압이 증가하는 경우 벤팅(venting)에 의한 내부 가스의 배출은 전극 리드(111a)가 인출되는 방향, 즉 배터리 셀(111)의 길이 방향을 따라 이루어지게 된다.
도 5 및 도 6과 함께 도 7 내지 도 10을 참조하면, 상기 운모 격벽 어셈블리(112)는, 서로 인접한 배터리 셀(111) 사이 및 셀 적층체(110)의 최 외각에 구비되어 기준 온도 미만에서는 셀 적층체(110)의 적층 방향을 따라 유로를 형성하고 기준 온도 이상에서는 유로를 차단하도록 동작한다. 여기서, 상기 유로는 냉각을 위한 공기의 이동 및 벤팅 발생 시의 가스의 이동을 위한 통로를 의미하는 것이다.
ESS 모듈 내부의 온도가 기준 온도 미만이고, 이에 따라 상기 유로가 형성되는 경우, ESS 모듈의 전방으로부터 후방을 향하는 방향 또는 후방으로부터 전방을 향하는 방향(배터리 셀(111)의 적층 방향과 나란한 방향)을 따라 배터리 셀(111)들의 냉각을 위한 공기의 이동 및 벤팅으로 인해 배출된 가스의 이동이 원활하게 이루어질 수 있다.
이와는 반대로 ESS 모듈 내부의 온도가 기준 온도 이상이고, 이에 따라 상기 유로가 차단되는 경우, ESS 모듈의 전방으로부터 후방을 향하는 방향 또는 후방으로부터 전방을 향하는 방향(배터리 셀(111)의 적층 방향과 나란한 방향)을 따라 공기와 가스, 그리고 화염의 이동이 모두 차단된다.
즉, ESS 모듈의 정상적인 사용 상태에서는 셀 적층체 어셈블리(100) 내부에 형성된 유로를 통해 냉각을 위한 공기가 배터리 셀(111) 및 운모 격벽 어셈블리(112)의 적층 방향과 나란한 방향을 따라 원활하게 이동할 수 있다. 또한, ESS 모듈을 구성하는 배터리 셀(111)들 중 일부에 단락 등의 이상이 발생하고 이로 인해 배터리 셀(111) 내부의 온도가 상승하여 벤팅이 발생되는 온도에 이르게 된 경우에도, 벤팅에 의해 배터리 셀(111)의 외부로 유출된 가스는 유로를 통해 배터리 셀(111) 및 운모 격벽 어셈블리(112)의 적층 방향과 나란한 방향을 따라 원활하게 이동할 수 있다.
그러나, 온도가 더욱 상승하여 일부 배터리 셀(111)에서 열 폭주 현상이 발생되는 온도 이상의 기준 온도에 도달하게 되면, 유로는 차단되고 이로 인해 일부 배터리 셀(111)의 열 폭주 현상으로 인해 발생된 화염이 셀 적층체(110) 내부에서 인접한 배터리 셀(111)로 옮겨가는 것이 차단되고 이로 인해 열 폭주 현상의 급격한 전파가 방지될 수 있는 것이다.
이러한 기능을 수행하기 위해, 상기 운모 격벽 어셈블리(112)는 배터리 셀(111)과 대응되는 길이 및 배터리 셀(111)보다 좀 더 큰 폭을 가지며, 운모 격벽(112a) 및 제1 팽창 그라파이트 시트(112b)를 포함하는 형태로 구현된다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 운모 격벽(112a)은 그 폭이 배터리 셀(111)보다 좀 더 그게 형성되며 이에 따라 셀 적층체(110)의 상단 및 하단으로 배터리 셀(111)보다 돌출된 형태를 가진다. 또한, 상기 운모 격벽(112a)은 그 폭 방향 상단 및/또는 하단에 일정 깊이 및 길이로 형성된 한 쌍의 제1 유로 홈(G)을 구비한다. 이러한 제1 유로 홈(G) 내에는 제1 유로 홈(G)의 깊이보다 낮은 높이를 갖는 제1 팽창 그라파이트 시트(112b)가 부착된다. 즉, 상기 제1 팽창 그라파이트 시트(112b)는 제1 유로 홈(G)을 일부만 채우며 이로써 제1 유로 홈(G) 내에는 일부 빈 공간이 발생하는데 이러한 빈 공간이 유로로서 기능하는 것이다.
상기 운모 격벽(112a)을 구성하는 운모는, 화강암을 구성하는 조암 물질 중 하나로서 우수한 전기 절연성을 가지고 있으며 가열 시 물성의 변화가 매우 적은 특성을 갖는다. 상기 운모는 500~1000℃의 고온에서도 절연 저항이 대략 150kV/mm 수준으로 유지되고, 친환경 소재로써 석면 대용으로 사용될 수 있다. 또한, 상기 운모는 우수한 난연성을 가지며 연소 또는 가열 시에 연기가 발생하지 않는 특성을 갖는다. 이러한 특성들로 인해, 셀 적층체(110)를 구성함에 있어서 인접한 배터리 셀(111) 사이에 운모 재질의 운모 격벽(112a)을 삽입함으로써 인접한 배터리 셀(111) 간의 열 폭주 현상의 전파를 방지할 수 있는 것이다.
상기 제1 팽창 그라파이트 시트(112b)를 구성하는 팽창 그라파이트 분말은 그 조성의 조절에 따라 팽창이 이루어지는 온도를 조절할 수 있으며, 본 발명에 있어서는 열 폭주 현상에 따른 화염이 발생되는 온도 이상에서 제1 팽창 그라파이트 시트(112b)의 팽창이 일어나도록 분말의 조성이 조절될 수 있다. 즉, 상기 제1 팽창 그라파이트 시트(112b)는, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이 화염이 발생되는 온도 이상의 기준 온도에서 팽창하여 제1 유로 홈(G)을 완전히 채우게 된다. 이와 같이 제1 유로 홈(G)이 완전히 채워지게 되면 ESS 모듈 내부에서 셀 적층체(110)의 적층 방향을 따라 형성된 유로가 소멸되고, 이로써 인접한 배터리 셀(111) 간의 화염의 이동이 완전히 차단된다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 버스바 프레임(120)은 한 쌍이 구비되며, 각각의 버스바 프레임(120)은 전극 리드(111a)가 인출되는 방향에서 셀 적층체(110)에 결합된다. 상기 버스바 프레임(120)은 리드 안착부(121) 및 한 쌍의 플레이트 지지부(122)를 포함한다.
상기 리드 안착부(121)는, 전극 리드(111a)가 통과되는 리드 인출 슬릿(121a)을 구비한다. 상기 전극 리드(111a)는 리드 인출 슬릿(121a)을 통해 셀 적층체 어셈블리(100)의 외측으로 인출되며, 리드 안착부(121) 상에 설치되는 버스바(미도시)에 용접에 의해 결합된다. 하나의 버스바에 결합되는 전극 리드(111a)의 개수 및 극성에 따라 복수의 배터리 셀(111)들 간의 전기적 연결 관계가 결정된다.
상기 플레이트 지지부(122)는, 리드 안착부(121)의 폭 방향 양 측 단부로부터 리드 안착부(121)에 수직한 방향을 따라 연장된 형태를 가지며, 제1 고정 슬릿(122a) 및 제2 고정 슬릿(122b)을 구비한다.
상기 제1 고정 슬릿(122a)은 플레이트 지지부(122)의 내측면에 형성되되 플레이트 지지부(122)의 길이 방향을 따라 형성된다. 상기 제1 고정 슬릿(122a)은 서로 마주보는 한 쌍의 플레이트 지지부(122)의 내측면에 모두 형성되고, 이러한 제1 고정 슬릿(122a)에는 ESS 모듈의 양 측부를 통한 화염의 외부 유출을 방지하기 위한 제1 운모 플레이트(700)가 삽입/고정 된다(도 15 참조). 상기 제1 운모 플레이트(700)에 대해서는 도 15를 참조하여 상세히 후술하기로 한다.
상기 제2 고정 슬릿(122b)은 플레이트 지지부(122)의 내측면에 형성되되 플레이트 지지부(122)의 폭 방향을 따라 형성된다. 즉, 상기 제2 고정 슬릿(122b)은 제1 고정 슬릿(122a)과 수직한 방향을 따라 연장된 형태를 가지며, 이로써 제2 고정 슬릿(122b)의 형성 개수만큼 제1 고정 슬릿(122a)이 분할된다. 상기 제2 고정 슬릿(122b)에는 버스바 프레임(120)의 내부 공간에서 화염이 ESS 모듈의 전방 및 후방을 향해 이동하는 것을 방지하기 위한 제2 운모 플레이트(800)가 삽입/고정된다(도 16 참조).
제2 운모 플레이트(800)에 대해서는 도 16을 참조하여 상세히 후술하기로 한다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 가압 플레이트(130)는 한 쌍이 구비되며, 각각의 가압 플레이트(130)는 셀 적층체(110)의 적층 방향 양 측부에 밀착되어 셀 적층체(110)를 가압한다. 즉, 상기 셀 적층체(110)는 적층 방향을 따라 가압된 상태로 한 쌍의 가압 플레이트(130) 사이에 배치되며, 가압 플레이트(130)는 버스바 프레임(120)에 고정되어 셀 적층체(110)에 대한 가압을 유지한다.
이러한 가압 플레이트(130)에 의한 셀 적층체(110)에 대한 가압은 셀 적층체(110)의 에너지 밀도를 향상시키며, 또한 배터리 셀(111)의 온도 상승에 따른 벤팅 발생 시에 전극 리드(111a)의 인출 방향으로의 벤팅을 유도한다. 즉, 상기 배터리 셀(111)은, 앞서 설명한 바와 같이, 파우치 타입의 배터리 셀이 적용될 수 있으며, 이 경우 배터리 셀(111)의 폭 방향 양 측부에는 실링 테이프(T)가 부착되어 있기 때문에 양 측부와 비교하여 상대적으로 밀봉성이 취약한 전극 리드(111a) 인출 부위를 통해 가스 및 화염의 분출이 유도되는 것이다.
다시 도 1 내지 도 4를 참조하면, 상기 하우징은 셀 적층체 어셈블리(100)를 수용하는 것으로서, 셀 적층체 어셈블리(100)의 하부와 전방 그리고 후방을 커버하는 하부 하우징(200) 및 셀 적층체 어셈블리(100)의 상부와 양 측부를 커버하는 상부 하우징(300)을 포함한다.
상기 하부 하우징(200)은 셀 적층체 어셈블리(100)의 하부를 커버하는 하부 플레이트(210), 셀 적층체 어셈블리(100)의 전방을 커버하는 전방 플레이트(220) 및 셀 적층체 어셈블리(100)의 후방을 커버하는 후방 플레이트(230)를 포함한다. 상기 전방 플레이트(220) 및 후방 플레이트(230)는 셀 적층체(110)에 형성되는 유로와 연통되는 복수의 유로 홀(H)을 구비한다.
상기 상부 하우징(300)은 셀 적층체 어셈블리(100)의 상부를 커버하는 상부 플레이트(310) 및 셀 적층체 어셈블리(100)의 양 측부를 커버하는 한 쌍의 측방 플레이트(320)를 포함한다. 상기 측방 플레이트(320)는 버스바 프레임(120)을 커버하며, 또한 리드 안착부(121)와 플레이트 지지부(122)로 둘러싸여 형성되는 버스바 프레임(120)의 내부 공간과 연통되는 복수의 유로 홀(H)을 구비한다.
하부 하우징(200) 및 상부 하우징(300)에 구비된 상기 유로 홀(H)들은 냉각을 위한 공기의 이동 통로 및 벤팅 발생 시에 가스의 이동 통로로서 기능한다.
계속해서 도 1 내지 도 4를 참조하면, 상기 냉각 팬 블록(400)은 하우징의 외부에 설치되되, 전방 플레이트(220) 및/또는 후방 플레이트(230)에 인접하여 설치된다. 상기 냉각 팬 블록(400)의 내부 공간은 전방 플레이트(220) 및/또는 후방 플레이트(230)에 형성된 유로 홀(H)과 연통된다. 또한, 상기 냉각 팬 블록(400)의 내부에는 냉각을 위한 팬(미도시)이 구비될 수 있으며, 이러한 냉각 팬의 구동에 의해 전방 플레이트(220)로부터 후방 플레이트(230)를 향하는 방향 또는 후방 플레이트(230)로부터 전방 플레이트(220)를 향하는 방향으로 냉각을 위한 공기가 이동된다.
다음으로, 도 4와 함께 도 11 내지 도 14를 참조하면, 상기 메쉬 격벽 어셈블리(500)는 전방 플레이트(220)와 셀 적층체 어셈블리(100) 사이 및 후방 플레이트(230)와 셀 적층체 어셈블리(100) 사이에 개재되며, 공기 및 가스는 통과시키되 화염은 차단하는 기능을 한다.
상기 메쉬 격벽 어셈블리(500)는, 메쉬 격벽(510) 및 제2 팽창 그라파이트 시트(520)를 포함하는 형태로 구현된다. 상기 메쉬 격벽(510)은, 냉각을 위한 공기 및 벤팅에 따라 발생된 가스는 통과시키되 화염의 통과는 최소화 할 있도록 미세한 다수의 공극이 형성된 메쉬(mesh) 타입의 플레이트로서, 그 상단 및 하단 중 적어도 어느 한 곳에 일정 폭 및 길이로 형성되는 결합 홈(511)을 구비한다.
상기 제2 팽창 그라파이트 시트(520)는 결합 홈(511)을 채우면서 메쉬 격벽(510)에 결합되며, 복수의 유로 홀(H)을 구비한다. 상기 제2 팽창 그라파이트 시트(520)에 형성된 유로 홀(H)은, 앞서 설명한 전방 플레이트(220) 및 후방 플레이트(230)에 형성된 유로 홀(H)과 대응되는 위치에 형성된다.
상기 제2 팽창 그라파이트 시트(520)는 앞서 설명한 제1 팽창 그라파이트 시트(112b)와 마찬가지로 기준 온도 이상에서 팽창하며 팽창에 따라 제2 팽창 그라파이트 시트(112b)에 형성된 복수의 유로 홀(H)은 사라지게 되며, 이로써 셀 적층체 어셈블리(100)의 전방 및/또는 후방을 따라 분출되는 화염이 제2 팽창 그라파이트 시트(112b)를 통과할 수 없게 된다.
다음으로, 도 1 내지 도 4를 참조하면, 상기 메쉬 플레이트(600)는 한 쌍이 구비되며, 각각의 메쉬 플레이트(600)는 측방 플레이트(320)와 셀 적층체 어셈블리(100) 사이에 개재된다. 상기 메쉬 플레이트(600)는, 앞서 설명한 메쉬 격벽(510)과 마찬가지로, 냉각을 위한 공기 및 벤팅에 따라 발생된 가스는 통과시키되 화염의 통과는 최소화 할 있도록 미세한 다수의 공극이 형성된 메쉬(mesh) 타입의 플레이트이다.
이러한 메쉬 플레이트(600)의 적용으로 인해 배터리 셀(111)의 길이 방향을 따라 분출되는 가스는 ESS 모듈의 외부로 원활하게 배출이 되지만, 배터리 셀(111)의 길이 방향을 따라 분출되는 화염은 ESS 모듈의 외부로 노출되는 양이 최소화 될 수 있다.
다음으로, 도 15 및 도 16을 참조하면, 상기 제1 운모 플레이트(700)는, 셀 적층체(110)와 메쉬 플레이트(600) 사이에 개재된다. 상기 제1 운모 플레이트(700)는, 플레이트 지지부(122)에 형성된 제1 고정 슬릿(122a)에 삽입/고정된다. 상기 제1 운모 플레이트(700)는, 메쉬 플레이트(600)와 나란히 배치되며, 전극 리드(111a)의 인출 방향을 따라 집중적으로 분출되는 가스의 원활한 배출을 위한 복수의 유로 홀(H)을 구비한다.
상기 제1 운모 플레이트(700)는 전극 리드(111a)의 인출 방향을 따라 ESS 모듈의 외측으로 화염이 분출되는 것을 최소화 하기 위해 2중으로 설치될 수 있다. 즉, 상기 제1 운모 플레이트(700)는 전극 리드(111a)의 인출 방향을 따라 서로 이격되어 배치되는 2열의 격벽을 형성할 수 있다.
상기 제2 운모 플레이트(800)는, 셀 적층체(110)와 메쉬 플레이트(600) 사이에 배치되되 메쉬 플레이트(600)와 수직하게 배치된다. 상기 제2 운모 플레이트(800)는 플레이트 지지부(122)에 형성된 제2 고정 슬릿(122b)에 삽입/고정된다. 상기 제2 운모 플레이트(800)는 복수개가 구비된다. 복수개의 상기 제2 운모 플레이트(800)는, 버스바 프레임(120)의 내부 공간, 즉 리드 안착부(121) 및 한 쌍의 플레이트 지지부(122)에 의해 둘러싸여 형성되는 공간을 구획하도록 ESS 모듈의 전방으로부 후방을 향하는 방향을 따라 이격되어 설치된다.
이러한 제2 운모 플레이트(800)는, 전극 리드(111a)의 인출 방향을 따라 분출된 화염이 버스바 프레임(120)의 내부 공간에서 전극 리드(111a)의 인출 방향과 수직한 방향을 따라 이동하는 것을 방지한다.
한편, 본 발명에 있어서 상기 제1 운모 플레이트(700) 및/또는 제2 운모 플레이트(800)는, 메쉬 플레이트(600)에 의한 화염의 노출 방지 효과를 극대화 하기 위해 적용되는 것이다. 따라서, 본 발명에 따른 ESS 모듈은, 이러한 제1 운모 플레이트(700) 및/또는 제2 운모 플레이트(800)를 제외하고 메쉬 플레이트(600)만을 적용한 형태도 포함하는 것이다.
이상에서 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: 셀 적층체 어셈블리
110: 셀 적층체
111: 배터리 셀
T: 실링 테이프
111a: 전극 리드
112: 운모 격벽 어셈블리
112a: 운모 격벽
112b: 제1 팽창 그라파이트 시트
G: 제1 유로 홈
120: 버스바 프레임
121: 리드 안착부
121a: 리드 인출 슬릿
122: 플레이트 지지부
122a: 제1 고정 슬릿
122b: 제2 고정 슬릿
130: 가압 플레이트
131: 제2 유로 홈
200: 하부 하우징
210: 하부 플레이트
220: 전방 플레이트
230: 후방 플레이트
H: 유로 홀
300: 상부 하우징
310: 상부 플레이트
320: 측방 플레이트
400: 냉각 팬 블록
500: 메쉬 격벽 어셈블리
510: 메쉬 격벽
511: 결합 홈
520: 제2 팽창 그라파이트 시트
600: 메쉬 플레이트
700: 제1 운모 플레이트
800: 제2 운모 플레이트

Claims (11)

  1. 복수의 배터리 셀과 복수의 운모 격벽 어셈블리가 적층되어 형성된 셀 적층체 및 상기 셀 적층체의 양 측부에 결합되는 한 쌍의 버스바 프레임을 포함하는 셀 적층체 어셈블리; 및
    상기 셀 적층체 어셈블리를 수용하며, 상기 셀 적층체 어셈블리의 전방과 후방 그리고 양 측부에 대응하는 위치에 형성되는 복수의 유로 홀을 구비하는 하우징;
    을 포함하며,
    상기 운모 격벽 어셈블리는, 인접한 배터리 셀의 사이 및 상기 셀 적층체의 최 외각에 구비되어 기준 온도 미만에서는 상기 셀 적층체의 적층 방향을 따라 유로를 형성하고 기준 온도 이상에서는 상기 유로를 차단하도록 동작하는 ESS 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 운모 격벽 어셈블리는,
    상단 및 하단 중 적어도 어느 한곳에 형성되는 유로 홈을 구비하는 운모 격벽; 및
    상기 유로 홈의 일부를 채우되 기준 온도 이상에서 팽창하여 상기 유로 홈을 완전히 채우는 제1 팽창 그라파이트 시트;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 ESS 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀은,
    파우치 타입 배터리 셀이며, 폭 방향 양 측부에 부착되는 실링 테이프를 구비하는 것을 특징으로 하는 ESS 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 ESS 모듈은,
    상기 셀 적층체의 적층 방향 양 측부에 밀착되어 상기 셀 적층체를 가압하며, 상기 버스바 프레임에 고정되는 한 쌍의 가압 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 ESS 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은,
    상기 셀 적층체 어셈블리의 하부를 커버하는 하부 플레이트, 상기 셀 적층체 어셈블리의 전방을 커버하는 전방 플레이트 및 상기 셀 적층체 어셈블리의 후방을 커버하는 후방 플레이트를 포함하는 하부 하우징; 및
    상기 셀 적층체 어셈블리의 상부를 커버하는 상부 플레이트 및 상기 셀 적층체 어셈블리의 양 측부를 커버하는 한 쌍의 측방 플레이트를 포함하는 상부 하우징;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 ESS 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 ESS 모듈은,
    상기 전방 플레이트와 셀 적층체 어셈블리 사이 및 상기 후방 플레이트와 셀 적층체 어셈블리 사이에 개재되는 메쉬 격벽 어셈블리를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 ESS 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 메쉬 격벽 어셈블리는,
    상단 및 하단 중 적어도 어느 한곳에 형성되는 결합 홈을 구비하는 메쉬 격벽; 및
    상기 결합 홈을 채우면서 메쉬 격벽에 결합되며, 복수의 유로 홀을 구비하되 기준 온도 이상에서 상기 유로 홀이 사라지도록 팽창하는 제2 팽창 그라파이트 시트;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 ESS 모듈.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 ESS 모듈은,
    상기 측방 플레이트와 셀 적층체 어셈블리 사이에 개재되는 메쉬 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 ESS 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 ESS 모듈은,
    상기 셀 적층체와 메쉬 플레이트 사이에 개재되되 상기 메쉬 플레이트와 나란하게 배치되며, 복수의 유로 홀을 구비하는 제1 운모 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 ESS 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 ESS 모듈은,
    상기 셀 적층체와 메쉬 플레이트 사이에 배치되되 상기 메쉬 플레이트와 수직하게 배치되어 상기 버스바 프레임의 내부 공간을 구획하는 제2 운모 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 ESS 모듈.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 ESS 모듈을 복수개 포함하는 ESS 팩.
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