KR20210007373A - Battery module, battery rack and energy storage system comprising the battery module - Google Patents

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KR20210007373A
KR20210007373A KR1020190083730A KR20190083730A KR20210007373A KR 20210007373 A KR20210007373 A KR 20210007373A KR 1020190083730 A KR1020190083730 A KR 1020190083730A KR 20190083730 A KR20190083730 A KR 20190083730A KR 20210007373 A KR20210007373 A KR 20210007373A
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이기영
고동완
김두열
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주식회사 엘지화학
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Abstract

The present invention relates to a battery module capable of extinguishing fire and preventing the spread of fire at a battery module unit in the event of a fire situation and, more specifically, to a battery module comprising: a plurality of battery cells; a module case accommodating the plurality of battery cells; a plurality of partition walls provided in the module case and partitioning each battery cell; a plurality of refrigeration gas injection units provided on an upper side of the plurality of partition walls; and a plurality of strain gauges disposed to face at least one of the plurality of partition walls and attached to the plurality of battery cells, respectively.

Description

배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙 및 전력 저장 장치{BATTERY MODULE, BATTERY RACK AND ENERGY STORAGE SYSTEM COMPRISING THE BATTERY MODULE}Battery modules, battery racks and power storage devices including these battery modules {BATTERY MODULE, BATTERY RACK AND ENERGY STORAGE SYSTEM COMPRISING THE BATTERY MODULE}

본 발명은 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙 및 전력 저장 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a battery module, a battery rack including such a battery module, and a power storage device.

제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.Secondary batteries with high ease of application by product group and electrical characteristics such as high energy density are not only portable devices, but also electric vehicles (EVs) or hybrid vehicles (HEVs) driven by electric drive sources. It is universally applied. Such a secondary battery is attracting attention as a new energy source for eco-friendly and energy efficiency enhancement in that it does not generate by-products from the use of energy as well as the primary advantage that it can dramatically reduce the use of fossil fuels.

현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차 전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.5V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.Types of rechargeable batteries currently widely used include lithium ion batteries, lithium polymer batteries, nickel cadmium batteries, nickel hydride batteries, and nickel zinc batteries. This unit secondary battery cell, that is, the operating voltage of the unit battery cell is about 2.5V ~ 4.5V. Therefore, when a higher output voltage is required, a battery pack may be configured by connecting a plurality of battery cells in series. In addition, a battery pack may be configured by connecting a plurality of battery cells in parallel according to the charge/discharge capacity required for the battery pack. Accordingly, the number of battery cells included in the battery pack may be variously set according to a required output voltage or charge/discharge capacity.

한편, 복수 개의 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩이나 배터리 랙을 구성하는 방법이 일반적이다. 여기서, 적어도 하나의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙은 다양한 전압과 용량 요구 조건 등에 따라, 이러한 배터리 랙을 적어도 하나 이상 구비하는 전력 저장 장치를 구성하기도 한다.On the other hand, when configuring a battery pack by connecting a plurality of battery cells in series/parallel, a battery module including at least one battery cell is first configured, and other components are added using at least one battery module. It is common to construct a battery pack or battery rack. Here, the battery rack including at least one battery module may constitute a power storage device including at least one such battery rack according to various voltage and capacity requirements.

종래 전력 저장 장치를 구성하는 배터리 모듈의 경우, 복수 개의 배터리 모듈들을 포함하는 배터리 랙들을 수용하는 랙 컨테이너 내에 배터리 셀의 특성 상 발생될 수 있는 과열 등에 따른 화재 발생 등의 위험에 대처하기 위해 소방 시설 구조물이 구비된다.In the case of a battery module constituting a conventional power storage device, a firefighting facility in order to cope with the risk of fire, such as overheating, which may occur due to the characteristics of the battery cell in the rack container accommodating battery racks including a plurality of battery modules. The structure is provided.

그러나, 배터리 모듈 내에서 화재가 시작되는 경우, 신속한 화재 진압이 어려운 문제가 있다. 배터리 모듈 내에서 화재가 신속히 진압되지 않거나 불이 번지는 시간이 지연되지 않을 경우, 주변 배터리 모듈들로의 화재 전이가 빨라지는 문제가 있다. 이에 따라, 추후 랙 컨테이너 내의 소방 시설 구조물이 동작 시점에는 이미 복구하기 어려운 피해가 발생된 이후일 가능성이 높을 수 밖에 없는 문제가 있다.However, when a fire starts in the battery module, it is difficult to extinguish the fire quickly. If the fire is not quickly extinguished within the battery module or the time for the fire to spread is not delayed, there is a problem that the fire transfer to the surrounding battery modules is accelerated. Accordingly, there is a problem that there is a high possibility that the firefighting facility structure in the rack container is already in operation after damage that is difficult to recover has occurred.

그러므로, 화재 상황 발생 시 보다 신속한 조기 진압이 필요하며, 이를 위해서는 배터리 모듈 단위에서 신속한 화재 진압 및 화재 확산 방지가 필요하다. 즉, 배터리 모듈 내부에서 열 폭주를 방지하여 안전성을 확보하는 것이 필요하다.Therefore, when a fire situation occurs, it is necessary to quickly extinguish the fire, and for this, it is necessary to extinguish the fire quickly and prevent the spread of fire in the battery module unit. That is, it is necessary to ensure safety by preventing thermal runaway inside the battery module.

따라서, 본 발명의 목적은, 화재 상황 발생 시 배터리 모듈 단위에서 화재 진압 및 화재 확산을 방지할 수 있는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙 및 전력 저장 장치를 제공하기 위한 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a battery module capable of suppressing fire and preventing the spread of fire in units of a battery module when a fire situation occurs, a battery rack including such a battery module, and a power storage device.

상기 목적을 해결하기 위해, 본 발명은, 배터리 모듈로서, 복수 개의 배터리 셀; 상기 복수 개의 배터리 셀을 수용하는 모듈 케이스; 상기 모듈 케이스 내에 구비되며, 각각의 배터리 셀을 구획하는 복수 개의 구획벽; 상기 복수 개의 구획벽의 상측에 구비되며, 내부에 소정의 냉동 촉매제를 구비하는 복수 개의 냉동 가스 분사 유닛; 및 상기 복수 개의 냉동 가스 분사 유닛과 소정 거리 이격되며, 상기 복수 개의 구획벽 중 적어도 하나와 마주 하게 배치되고, 상기 복수 개의 배터리 셀에 각각 부착되는 복수 개의 스트레인 게이지;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 제공한다.In order to solve the above object, the present invention provides a battery module, comprising: a plurality of battery cells; A module case accommodating the plurality of battery cells; A plurality of partition walls provided in the module case and partitioning each battery cell; A plurality of refrigeration gas injection units provided on the upper side of the plurality of partition walls and having a predetermined refrigeration catalyst therein; And a plurality of strain gauges spaced apart from the plurality of refrigeration gas injection units by a predetermined distance, disposed to face at least one of the plurality of partition walls, and attached to the plurality of battery cells, respectively. Modules are provided.

상기 배터리 모듈은, 상기 복수 개의 배터리 셀, 상기 복수 개의 냉동 가스 분사 유닛 및 상기 복수 개의 스트레인 게이지와 전기적으로 연결되며, 상기 모듈 케이스의 상측에 구비되는 비엠에스 유닛;을 포함할 수 있다.The battery module may include a BMS unit electrically connected to the plurality of battery cells, the plurality of refrigeration gas injection units, and the plurality of strain gauges, and provided on an upper side of the module case.

상기 복수 개의 구획벽은, 상기 복수 개의 배터리 셀의 스웰링을 고려하여 상기 복수 개의 배터리 셀과 소정 거리 이격 배치될 수 있다.The plurality of partition walls may be spaced apart from the plurality of battery cells by a predetermined distance in consideration of swelling of the plurality of battery cells.

상기 비엠에스 유닛은, 상기 복수 개의 배터리 셀 중 적어도 하나가 스웰링에 따라 팽창할 때, 상기 스트레인 게이지를 통해 상기 스웰링에 따라 팽창한 배터리 셀의 변형률이 기 설정된 변형률 이상일 경우, 상기 냉동 가스 분사 유닛을 통해 상기 냉동 촉매제를 상기 팽창한 배터리 셀 측으로 분사시켜 상기 팽창한 배터리 셀을 얼릴 수 있다.The BMS unit, when at least one of the plurality of battery cells expands according to swelling, when the strain of the battery cells expanded according to the swelling through the strain gauge is greater than or equal to a preset strain, the refrigeration gas is injected The expanded battery cell may be frozen by spraying the refrigeration catalyst toward the expanded battery cell through a unit.

상기 복수 개의 냉동 가스 분사 유닛은, 각각, 상기 소정의 냉동 촉매제를 수용하는 분사 유닛 본체; 및 상기 분사 유닛 본체의 일단부에 구비되며, 상기 복수 개의 구획벽의 일단부와 대향 배치되는 분사 노즐;을 포함할 수 있다.Each of the plurality of refrigeration gas injection units includes: an injection unit main body for accommodating the predetermined refrigeration catalyst; And a spray nozzle provided at one end of the spray unit body and disposed opposite to one end of the plurality of partition walls.

상기 복수 개의 구획벽의 일단부에는, 상기 복수 개의 배터리 셀 중 적어도 하나의 배터리 셀의 스웰링에 따른 팽창 시, 상기 분사 노즐의 개방도를 높일 수 있는 노즐 개방 커터;가 구비될 수 있다.At one end of the plurality of partition walls, a nozzle opening cutter capable of increasing an opening degree of the spray nozzle when at least one battery cell among the plurality of battery cells expands due to swelling may be provided.

상기 복수 개의 배터리 셀의 스웰링 이전일 때, 상기 복수 개의 스트레인 게이지는, 마주 하는 구획벽과 소정 거리 이격 배치되며, 상기 복수 개의 배터리 셀 중 적어도 하나가 스웰링에 따라 팽창할 때, 상기 스웰링에 따라 팽창한 배터리 셀에 부착된 스트레인 게이지는, 마주 하는 구획벽에 접촉될 수 있다.Before the swelling of the plurality of battery cells, the plurality of strain gauges are disposed a predetermined distance apart from the facing partition wall, and when at least one of the plurality of battery cells expands according to swelling, the swelling Accordingly, the strain gauge attached to the expanded battery cell may contact the partition wall facing each other.

상기 소정의 냉동 촉매제는, 드라이 아이스 가스로 마련될 수 있다.The predetermined refrigeration catalyst may be provided with dry ice gas.

그리고, 본 발명은, 배터리 랙으로서, 전술한 실시예들에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈; 및 상기 적어도 하나의 모듈을 수용하는 랙 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 랙을 제공한다.In addition, the present invention, as a battery rack, at least one battery module according to the above-described embodiments; It provides a battery rack comprising a; and a rack case for accommodating the at least one module.

아울러, 본 발명은, 전력 저장 장치로서, 전술한 실시예에 따른 적어도 하나의 배터리 랙;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 장치를 제공한다.In addition, the present invention provides a power storage device comprising: at least one battery rack according to the above-described embodiment as a power storage device.

이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 화재 상황 발생 시 배터리 모듈 단위에서 화재 진압 및 화재 확산을 방지할 수 있는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙 및 전력 저장 장치를 제공할 수 있다.According to various embodiments as described above, a battery module capable of suppressing fire and preventing the spread of fire in units of a battery module when a fire situation occurs, a battery rack including the battery module, and a power storage device may be provided.

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 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 배터리 모듈의 주요부를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1의 배터리 모듈의 이상 상황 발생에 따른 배터리 셀의 스웰링 시 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6은 도 4의 배터리 모듈의 이상 상황 발생에 따른 배터리 셀의 스웰링 시 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장 장치를 설명하기 위한 도면이다.The following drawings attached to the present specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical idea of the present invention together with the detailed description of the present invention to be described later. It is limited only to and should not be interpreted.
1 is a view for explaining a battery module according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a main part of the battery module of FIG. 1.
FIG. 3 is a diagram for describing an operation of swelling a battery cell according to an abnormal situation in the battery module of FIG. 1.
4 is a view for explaining a battery module according to another embodiment of the present invention.
5 and 6 are views for explaining an operation during swelling of a battery cell according to an abnormal situation in the battery module of FIG. 4.
7 is a view for explaining a battery rack according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating a power storage device according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해 질 것이다. 여기서 설명되는 실시예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면은 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.The present invention will become more apparent by describing in detail a preferred embodiment of the present invention with reference to the accompanying drawings. The embodiments described herein are illustratively shown to aid understanding of the invention, and it should be understood that the present invention may be variously modified and implemented differently from the embodiments described herein. In addition, in order to aid understanding of the invention, the accompanying drawings are not drawn to scale, but dimensions of some components may be exaggerated.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이며, 도 2는 도 1의 배터리 모듈의 주요부를 설명하기 위한 도면이다.1 is a view for explaining a battery module according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a view for explaining a main part of the battery module of FIG.

도 1 및 도 2를 참조하면, 배터리 모듈(10)은, 배터리 셀(100), 모듈 케이스(200), 구획벽(300), 냉동 가스 분사 유닛(400), 스트레인 게이지(500) 및 비엠에스 유닛(600)을 포함할 수 있다.1 and 2, the battery module 10 includes a battery cell 100, a module case 200, a partition wall 300, a refrigeration gas injection unit 400, a strain gauge 500, and a BMS It may include a unit 600.

상기 배터리 셀(100)은, 이차 전지로서, 파우치형 이차 전지, 각형 이차 전지 또는 원통형 이차 전지로 마련될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 배터리 셀(100)이 파우치형 이차 전지로 마련되는 것으로 한정하여 설명한다.The battery cell 100 is a secondary battery, and may be provided as a pouch-type secondary battery, a prismatic secondary battery, or a cylindrical secondary battery. Hereinafter, in the present embodiment, the battery cell 100 is limited to being provided as a pouch-type secondary battery.

이러한 상기 배터리 셀(100)은 복수 개로 구비될 수 있다. 상기 복수 개의 배터리 셀(100)은, 상호 전기적으로 연결될 수 있게 적층될 수 있다. 상기 복수 개의 배터리 셀(100)의 개수는, 상기 배터리 모듈(10)의 요구되는 배터리 용량에 따라 결정될 수 있다.A plurality of such battery cells 100 may be provided. The plurality of battery cells 100 may be stacked to be electrically connected to each other. The number of the plurality of battery cells 100 may be determined according to the required battery capacity of the battery module 10.

상기 모듈 케이스(200)는, 상기 복수 개의 배터리 셀(100)을 수용할 수 있다. 이를 위해, 상기 모듈 케이스(200)에는 상기 복수 개의 배터리 셀(100)을 수용할 수 있는 수용 공간이 마련될 수 있다.The module case 200 may accommodate the plurality of battery cells 100. To this end, an accommodation space capable of accommodating the plurality of battery cells 100 may be provided in the module case 200.

상기 구획벽(300)은, 상기 모듈 케이스(200) 내에 구비되며, 복수 개로 구비되어 각각의 배터리 셀(100)을 구획할 수 있다. 상기 복수 개의 구획벽(300)은 상기 복수 개의 배터리 셀(100)의 스웰링을 고려하여 상기 복수 개의 배터리 셀(100)과 소정 거리 이격 배치될 수 있다.The partition wall 300 may be provided in the module case 200 and may be provided in plural to partition each battery cell 100. The plurality of partition walls 300 may be disposed to be spaced apart from the plurality of battery cells 100 by a predetermined distance in consideration of swelling of the plurality of battery cells 100.

구체적으로, 두 개의 구획벽(300) 사이에 한 개의 배터리 셀(100)이 배치되며, 두 개의 구획벽(300) 사이에 배치된 한 개의 배터리 셀(100)은 마주 하는 구획벽(300)과 소정 거리 이격 배치될 수 있다. 이를 위해, 상기 복수 개의 구획벽(300)들의 두 개의 구획벽(300) 사이는 한 개의 배터리 셀(100)과 각각 이격될 수 있는 소정의 이격 거리(d)를 가질 수 있다.Specifically, one battery cell 100 is disposed between the two partition walls 300, and one battery cell 100 disposed between the two partition walls 300 faces the partition wall 300 and It can be disposed a predetermined distance apart. To this end, between the two partition walls 300 of the plurality of partition walls 300 may have a predetermined separation distance d that may be spaced apart from one battery cell 100, respectively.

상기 냉동 가스 분사 유닛(400)은, 복수 개로 구비될 수 있다. 상기 복수 개의 냉동 가스 분사 유닛(400)은, 상기 복수 개의 구획벽(300) 상측에 구비되며, 내부의 소정의 냉동 촉매제(R)를 구비할 수 있다.The refrigeration gas injection unit 400 may be provided in plural. The plurality of refrigeration gas injection units 400 may be provided above the plurality of partition walls 300 and may include a predetermined refrigeration catalyst R therein.

이러한 상기 복수 개의 냉동 가스 분사 유닛(400)은, 각각, 분사 유닛 본체(410) 및 분사 노즐(430)을 포함할 수 있다.Each of the plurality of refrigeration gas injection units 400 may include an injection unit body 410 and an injection nozzle 430.

상기 분사 유닛 본체(410)는, 상기 소정의 냉동 촉매제(R)을 수용하며, 상기 모듈 케이스(200) 내부에서 상기 복수 개의 배터리 셀(100)의 상측에 배치될 수 있다. 여기서, 상기 냉동 촉매제(R)는 드라이 아이스 가스로 마련될 수 있다.The injection unit main body 410 accommodates the predetermined refrigeration catalyst R, and may be disposed above the plurality of battery cells 100 in the module case 200. Here, the refrigeration catalyst R may be provided with dry ice gas.

상기 분사 노즐(430)은, 상기 분사 유닛 본체(410)의 일단부, 구체적으로, 상기 분사 유닛 본체(410)의 하단부에 구비될 수 있다. 이러한 상기 분사 노즐(430)는 상기 복수 개의 구획벽(300)의 일단부, 구체적으로, 상기 복수 개의 구획벽(300)의 상단부와 대향 배치될 수 있다.The injection nozzle 430 may be provided at one end of the injection unit body 410, specifically, at a lower end of the injection unit body 410. The spray nozzle 430 may be disposed to face one end of the plurality of partition walls 300, specifically, an upper end of the plurality of partition walls 300.

상기 스트레인 게이지(500)는, 복수 개로 구비되고, 상기 복수 개의 냉동 가스 분사 유닛(400)과 소정 거리 이격되며, 상기 복수 개의 구획벽(300) 중 적어도 하나와 마주 하게 배치되고, 상기 복수 개의 배터리 셀(100)에 각각 부착될 수 있다.The strain gauge 500 is provided in plurality, is spaced apart from the plurality of refrigeration gas injection units 400 by a predetermined distance, is disposed to face at least one of the plurality of partition walls 300, and the plurality of batteries It may be attached to each of the cells 100.

상기 복수 개의 스트레인 게이지(500)는, 상기 부착된 배터리 셀(100)의 스웰링 시 팽창하는 배터리 셀(100)의 변형률을 감지할 수 있다. 이러한 상기 복수 개의 스트레인 게이지(500)는 후술하는 비엠에스 유닛(600)과 전기적으로 연결될 수 있다.The plurality of strain gauges 500 may sense a strain of the battery cell 100 that expands when the attached battery cell 100 is swelled. The plurality of strain gauges 500 may be electrically connected to the BMS unit 600 to be described later.

상기 복수 개의 스트레인 게이지(500)는, 상기 복수 개의 배터리 셀(100)의 스웰링 이전일 때, 마주 하는 구획벽(300)과 소정 거리 이격 배치될 수 있다. 여기서, 상기 복수 개의 배터리 셀(100) 중 적어도 하나가 스웰링에 따라 팽창할 때, 상기 스웰링에 따라 팽창한 배터리 셀(100)에 부착된 스트레인 게이지(500)는, 마주 하는 구획벽(300)에 접촉될 수 있다.When the plurality of strain gauges 500 are before swelling of the plurality of battery cells 100, the plurality of strain gauges 500 may be disposed to be spaced apart from the facing partition wall 300 by a predetermined distance. Here, when at least one of the plurality of battery cells 100 expands according to the swelling, the strain gauge 500 attached to the battery cells 100 that expands according to the swelling, the facing partition wall 300 ) Can be contacted.

상기 비엠에스 유닛(600)은, 상기 복수 개의 배터리 셀(100), 상기 복수 개의 냉동 가스 분사 유닛(400) 및 상기 복수 개의 스트레인 게이지(500)와 전기적으로 연결되며, 상기 모듈 케이스(200)의 상측에 구비될 수 있다.The BMS unit 600 is electrically connected to the plurality of battery cells 100, the plurality of refrigeration gas injection units 400, and the plurality of strain gauges 500, and the module case 200 It may be provided on the upper side.

상기 비엠에스 유닛(600)은, 상기 복수 개의 배터리 셀(100) 중 적어도 하나가 스웰링에 따라 팽창할 때, 상기 스트레인 게이지(500)를 통해 상기 스웰링에 따라 팽창한 배터리 셀(100)의 변형률이 기 설정된 변형률 이상일 경우, 상기 냉동 가스 분사 유닛(400)을 통해 상기 냉동 촉매제(R)를 상기 팽창한 배터리 셀(100) 측으로 분사시켜 상기 팽창한 배터리 셀(100)을 얼릴 수 있다.The BMS unit 600, when at least one of the plurality of battery cells 100 expands according to swelling, of the battery cell 100 expanded according to the swelling through the strain gauge 500. When the strain is greater than or equal to a predetermined strain, the refrigeration catalyst R is injected toward the expanded battery cell 100 through the refrigerating gas injection unit 400 to freeze the expanded battery cell 100.

상기 비엠에스 유닛(600)은, 예로써, 스트레인 게이지(500)를 통해, 상기 스웰링에 따른 상기 배터리 셀(100)의 팽창 폭이 상기 이격 거리(d)의 90퍼센트 이상일 경우, 상기 냉동 가스 유닛(400)을 통해, 상기 냉동 촉매제(R)를 상기 팽창한 배터리 셀(100) 측으로 분사시켜 상기 팽창한 배터리 셀(100)을 얼릴 수 있다.The BMS unit 600, for example, through the strain gauge 500, when the expansion width of the battery cell 100 according to the swelling is 90% or more of the separation distance (d), the refrigeration gas The expanded battery cell 100 may be frozen by spraying the refrigeration catalyst R toward the expanded battery cell 100 through the unit 400.

아울러, 상기 비엠에스 유닛(600)은, 예로써, 상기 스트레인 게이지(500)가 상기 구획벽(300)에 접촉할 경우, 상기 냉동 가스 유닛(400)을 통해, 상기 냉동 촉매제(R)를 상기 팽창한 배터리 셀(100) 측으로 분사시켜 상기 팽창한 배터리 셀(100)을 얼릴 수도 있다.In addition, the BMS unit 600, for example, when the strain gauge 500 contacts the partition wall 300, through the refrigeration gas unit 400, the refrigeration catalyst (R) The expanded battery cell 100 may be frozen by spraying it toward the expanded battery cell 100.

이하에서는, 이러한 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(10)의 이상 상황 발생에 따른 상기 배터리 셀(100)의 스웰링 시 상기 배터리 모듈(10)의 구체적인 동작에 대해 살펴 본다.Hereinafter, a detailed operation of the battery module 10 will be described when swelling the battery cell 100 due to the occurrence of an abnormal situation in the battery module 10 according to the present embodiment.

도 3을 참조하면, 상기 배터리 모듈(10)의 경우, 복수 개의 배터리 셀(100) 중 적어도 하나의 배터리 셀(100)에서 이상 상황에 따른 스웰링이 발생할 수 있으며, 이상 상황이 발생한 배터리 셀(100)은 스웰링에 따라 팽창될 수 있다.Referring to FIG. 3, in the case of the battery module 10, swelling according to an abnormal situation may occur in at least one battery cell 100 among a plurality of battery cells 100, and the battery cell ( 100) can be expanded upon swelling.

이상 상황이 발생한 배터리 셀(100)에 부착된 스트레인 게이지(500)는, 팽창되는 배터리 셀(100)의 변형률을 감지할 수 있다. 상기 비엠에스 유닛(600)은 이러한 상기 스트레인 게이지(500)에서 감지된 변형률이 기 설정된 변형률 이상일 경우, 상기 냉동 가스 유닛(400)의 동작을 제어할 수 있다.The strain gauge 500 attached to the battery cell 100 in which the abnormal situation has occurred may detect the strain of the battery cell 100 that is expanded. The BMS unit 600 may control the operation of the refrigeration gas unit 400 when the strain sensed by the strain gauge 500 is greater than or equal to a preset strain.

이에 따라, 상기 냉동 가스 유닛(400)은, 상기 분사 노즐(430)을 통해 상기 이상 상황이 발생한 팽창되는 배터리 셀(100) 측으로 냉동 촉매제(R)를 분사하여 상기 이상 상황이 발생한 배터리 셀(100)을 얼릴 수 있다.Accordingly, the refrigeration gas unit 400 injects the refrigeration catalyst R toward the expanded battery cell 100 in which the abnormal condition occurs through the injection nozzle 430, and the battery cell 100 in which the abnormal condition occurs. ) Can be frozen.

이에 따라, 본 실시예에서는, 상기 배터리 셀들(100) 중 적어도 하나에서 이상 상황이 발생하여 배터리 셀(100)이 팽창할 경우, 팽창한 배터리 셀(100)을 신속히 냉동시키기에, 이상 상황이 발생한 배터리 셀(100)에서 발생할 수 있는 열 폭주 등에 따른 화재나 폭발 등을 사전에 방지함과 아울러 주위 배터리 셀들(100) 측으로의 인가될 수 있는 열 전파 등을 신속히 차단할 수 있다.Accordingly, in the present embodiment, when an abnormal situation occurs in at least one of the battery cells 100 and the battery cell 100 expands, the expanded battery cell 100 is quickly frozen, so that the abnormal situation occurs. Fire or explosion due to thermal runaway that may occur in the battery cell 100 may be prevented in advance, and heat propagation that may be applied to the surrounding battery cells 100 may be quickly blocked.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.4 is a view for explaining a battery module according to another embodiment of the present invention.

본 실시예에 따른 배터리 모듈(20)은, 앞선 실시예의 상기 배터리 모듈(10)과 유사하므로, 이하, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 구성들에 대해서는 중복 설명을 생략하고, 앞선 실시예와의 차이점을 중심으로 살펴 본다.Since the battery module 20 according to the present embodiment is similar to the battery module 10 of the previous embodiment, redundant descriptions are omitted for configurations that are substantially the same as or similar to the previous embodiment, and the previous embodiment Let's focus on the difference between and.

도 4를 참조하면, 상기 배터리 모듈(20)은, 배터리 셀(100), 모듈 케이스(200), 구획벽(305), 냉동 가스 분사 유닛(400), 스트레인 게이지(500) 및 비엠에스 유닛(600)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, the battery module 20 includes a battery cell 100, a module case 200, a partition wall 305, a refrigeration gas injection unit 400, a strain gauge 500, and a BMS unit ( 600) may be included.

상기 배터리 셀(100) 및 상기 모듈 케이스(200)은, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사하므로, 이하, 중복 설명을 생략한다.Since the battery cell 100 and the module case 200 are substantially the same as or similar to those of the previous embodiment, redundant descriptions will be omitted below.

상기 구획벽(305)은, 복수 개로 구비될 수 있다. 상기 복수 개의 구획벽(305)의 일단부에는, 구체적으로, 상기 복수 개의 구획벽(305)의 상단부에는, 상기 복수 개의 배터리 셀(100) 중 적어도 하나의 배터리 셀(100)의 스웰링에 따른 팽창 시, 상기 분사 노즐(430)의 개방도를 높일 수 있는 노즐 개방 커터(350)가 구비될 수 있다.The partition wall 305 may be provided in plurality. At one end of the plurality of partition walls 305, specifically, at an upper end of the plurality of partition walls 305, according to the swelling of at least one battery cell 100 of the plurality of battery cells 100 When inflated, a nozzle opening cutter 350 capable of increasing the opening degree of the spray nozzle 430 may be provided.

상기 냉동 가스 분사 유닛(400), 상기 스트레인 게이지(500) 및 상기 비엠에스 유닛(600)은, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사하므로, 이하, 중복 설명을 생략한다.Since the refrigeration gas injection unit 400, the strain gauge 500, and the BMS unit 600 are substantially the same as or similar to those of the previous embodiment, redundant descriptions will be omitted below.

이하에서는, 이러한 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(20)의 이상 상황 발생에 따른 상기 배터리 셀(100)의 스웰링 시 상기 배터리 모듈(20)의 구체적인 동작에 대해 살펴 본다.Hereinafter, a detailed operation of the battery module 20 will be described when swelling the battery cell 100 due to an abnormal situation of the battery module 20 according to the present embodiment.

도 5 및 도 6은 도 4의 배터리 모듈의 이상 상황 발생에 따른 배터리 셀의 스웰링 시 동작을 설명하기 위한 도면이다.5 and 6 are diagrams for explaining an operation when swelling a battery cell according to an abnormal situation in the battery module of FIG. 4.

도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 배터리 모듈(20)에서, 배터리 셀들(100) 중 적어도 하나의 배터리 셀(100)에서 이상 상황 발생에 따른 팽창 시, 앞선 실시예와 같이, 상기 비엠에스 유닛(600)은, 상기 스트레인 게이지(500) 및 상기 냉동 가스 분사 유닛(400)을 통해, 상기 이상 상황이 발생한 배터리 셀(100)을 얼릴 수 있다.5 and 6, in the battery module 20, when at least one battery cell 100 of the battery cells 100 expands according to an abnormal situation, as in the previous embodiment, the BMS unit 600 may freeze the battery cell 100 in which the abnormal situation occurs through the strain gauge 500 and the refrigeration gas injection unit 400.

이때, 상기 이상 상황이 발생한 배터리 셀(100) 양측의 구획벽들(305)은 상기 배터리 셀(100)의 팽창에 따라, 함께 변형될 수 있다. 이러한 상기 구획벽들(305)의 변형 시, 상기 구획벽들(305)의 상단부의 노즐 개방 커버(350)는 상기 냉동 가스 분사 유닛(400)의 상기 분사 노즐(430)의 개방되는 크기를 보다 더 확대시킬 수 있다.In this case, the partition walls 305 on both sides of the battery cell 100 in which the abnormal situation has occurred may be deformed together as the battery cell 100 expands. When the partition walls 305 are deformed, the nozzle opening cover 350 at the upper end of the partition walls 305 is larger than the opening size of the injection nozzle 430 of the refrigerating gas injection unit 400. You can expand it further.

이에 따라, 본 실시예에서는, 상기 냉동 가스 분사 유닛(400)의 상기 분사 노즐(430)을 통해 분사되는 냉동 촉매제(R)의 분사량이 보다 더 증가할 수 있어, 상기 이상 상황이 발생한 배터리 셀(100)의 냉동 속도가 보다 더 빨라질 수 있다.Accordingly, in the present embodiment, the injection amount of the refrigeration catalyst R injected through the injection nozzle 430 of the refrigeration gas injection unit 400 may be increased more than that, so that the battery cell ( The freezing speed of 100) can be faster than that.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙을 설명하기 위한 도면이다.7 is a view for explaining a battery rack according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 배터리 랙(1)은, 앞선 실시예의 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개의 배터리 모듈(10)(20) 및 상기 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개의 배터리 모듈(10)(20)을 수용하는 랙 케이스(50)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 7, the battery rack 1 accommodates at least one or more plurality of battery modules 10 and 20 of the previous embodiment and the at least one or more plurality of battery modules 10 and 20. It may include a rack case (50).

본 실시예에 따른 상기 배터리 랙(1)은, 앞선 실시예의 상기 배터리 모듈(10)(20)을 포함하기에, 앞선 실시예의 상기 배터리 모듈(10)(20)의 장점을 모두 포함하는 배터리 랙(1)을 제공할 수 있다.Since the battery rack 1 according to the present embodiment includes the battery modules 10 and 20 of the previous embodiment, a battery rack including all the advantages of the battery modules 10 and 20 of the previous embodiment (1) can be provided.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장 장치를 설명하기 위한 도면이다.8 is a view for explaining a power storage device according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 전력 저장 장치(E)는, 에너지원으로서, 가정용 또는 산업용으로 이용될 수 있다. 이러한 상기 전력 저장 장치(E)는, 앞선 실시예의 적어도 하나, 본 실시예의 경우, 복수 개의 배터리 랙(1) 및 상기 복수 개의 배터리 랙(1)을 수용하는 랙 컨테이너(C)를 포함할 수 있다.Referring to Figure 8, the power storage device (E), as an energy source, can be used for home or industrial use. The power storage device E may include at least one of the preceding embodiments, and in the case of this embodiment, a plurality of battery racks 1 and a rack container C accommodating the plurality of battery racks 1. .

본 실시예에 따른 상기 전력 저장 장치(E)는, 앞선 실시예의 상기 배터리 랙(1)을 포함하기에, 앞선 실시예의 상기 배터리 랙(1)의 장점을 모두 포함하는 전력 저장 장치(E)를 제공할 수 있다.Since the power storage device E according to the present embodiment includes the battery rack 1 of the previous embodiment, a power storage device E including all the advantages of the battery rack 1 of the previous embodiment is provided. Can provide.

한편, 상기 배터리 랙(1)은, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 자동차에도 구비될 수 있으며, 이 경우, 앞선 실시예의 상기 배터리 랙(1)의 장점을 모두 포함하는 자동차를 제공할 수 있음은 물론이다.Meanwhile, the battery rack 1 may also be provided in a vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle, and in this case, a vehicle including all the advantages of the battery rack 1 of the previous embodiment can be provided. to be.

이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 화재 상황 발생 시 배터리 모듈(10, 20) 단위에서 화재 진압 및 화재 확산을 방지할 수 있는 배터리 모듈(10, 20), 이러한 배터리 모듈(10, 20)을 포함하는 배터리 랙(1) 및 전력 저장 장치(E)를 제공할 수 있다.According to various embodiments as described above, the battery modules 10 and 20 capable of suppressing fire and preventing the spread of fire in units of the battery modules 10 and 20 in the event of a fire situation, and such battery modules 10 and 20 It is possible to provide a battery rack 1 and a power storage device (E) including.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.In the above, preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described, but the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and is generally used in the technical field to which the present invention belongs without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Of course, various modifications may be implemented by those skilled in the art, and these modifications should not be understood individually from the technical idea or prospect of the present invention.

E: 전력 저장 장치
C: 랙 컨테이너
1: 배터리 랙
10: 배터리 모듈
20: 배터리 모듈
50: 랙 케이스
100: 배터리 셀
200: 모듈 케이스
300: 구획벽
305: 구획벽
350: 노즐 개방 커터
400: 냉동 가스 분사 유닛
410: 분사 유닛 본체
430: 분사 노즐
500: 스트레인 게이지
600: 비엠에스 유닛E: power storage device
C: rack container
1: battery rack
10: battery module
20: battery module
50: rack case
100: battery cell
200: module case
300: partition wall
305: partition wall
350: nozzle opening cutter
400: refrigeration gas injection unit
410: injection unit body
430: spray nozzle
500: strain gauge
600: BMS unit

Claims (10)

배터리 모듈에 있어서,
복수 개의 배터리 셀;
상기 복수 개의 배터리 셀을 수용하는 모듈 케이스;
상기 모듈 케이스 내에 구비되며, 각각의 배터리 셀을 구획하는 복수 개의 구획벽;
상기 복수 개의 구획벽의 상측에 구비되며, 내부에 소정의 냉동 촉매제를 구비하는 복수 개의 냉동 가스 분사 유닛; 및
상기 복수 개의 냉동 가스 분사 유닛과 소정 거리 이격되며, 상기 복수 개의 구획벽 중 적어도 하나와 마주 하게 배치되고, 상기 복수 개의 배터리 셀에 각각 부착되는 복수 개의 스트레인 게이지;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.In the battery module,
A plurality of battery cells;
A module case accommodating the plurality of battery cells;
A plurality of partition walls provided in the module case and partitioning each battery cell;
A plurality of refrigeration gas injection units provided above the plurality of partition walls and having a predetermined refrigeration catalyst therein; And
And a plurality of strain gauges spaced apart from the plurality of refrigeration gas injection units by a predetermined distance, disposed to face at least one of the plurality of partition walls, and attached to the plurality of battery cells, respectively. . 제1항에 있어서,
상기 복수 개의 배터리 셀, 상기 복수 개의 냉동 가스 분사 유닛 및 상기 복수 개의 스트레인 게이지와 전기적으로 연결되며, 상기 모듈 케이스의 상측에 구비되는 비엠에스 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.The method of claim 1,
And a BMS unit electrically connected to the plurality of battery cells, the plurality of refrigeration gas injection units, and the plurality of strain gauges, and provided on an upper side of the module case. 제2항에 있어서,
상기 복수 개의 구획벽은,
상기 복수 개의 배터리 셀의 스웰링을 고려하여 상기 복수 개의 배터리 셀과 소정 거리 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.The method of claim 2,
The plurality of partition walls,
A battery module, characterized in that the plurality of battery cells are spaced apart from the plurality of battery cells by a predetermined distance in consideration of swelling of the plurality of battery cells. 제2항에 있어서,
상기 비엠에스 유닛은,
상기 복수 개의 배터리 셀 중 적어도 하나가 스웰링에 따라 팽창할 때, 상기 스트레인 게이지를 통해 상기 스웰링에 따라 팽창한 배터리 셀의 변형률이 기 설정된 변형률 이상일 경우, 상기 냉동 가스 분사 유닛을 통해 상기 냉동 촉매제를 상기 팽창한 배터리 셀 측으로 분사시켜 상기 팽창한 배터리 셀을 얼리는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.The method of claim 2,
The BMS unit,
When at least one of the plurality of battery cells expands according to swelling, when the strain of the battery cells expanded according to the swelling through the strain gauge is greater than or equal to a preset strain, the refrigeration catalyst is used through the refrigeration gas injection unit And injecting to the expanded battery cell to freeze the expanded battery cell. 제2항에 있어서,
상기 복수 개의 냉동 가스 분사 유닛은, 각각,
상기 소정의 냉동 촉매제를 수용하는 분사 유닛 본체; 및
상기 분사 유닛 본체의 일단부에 구비되며, 상기 복수 개의 구획벽의 일단부와 대향 배치되는 분사 노즐;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.The method of claim 2,
The plurality of refrigeration gas injection units, respectively,
An injection unit body containing the predetermined refrigeration catalyst; And
And a spray nozzle provided at one end of the spray unit body and disposed opposite to one end of the plurality of partition walls. 제5항에 있어서,
상기 복수 개의 구획벽의 일단부에는,
상기 복수 개의 배터리 셀 중 적어도 하나의 배터리 셀의 스웰링에 따른 팽창 시, 상기 분사 노즐의 개방도를 높일 수 있는 노즐 개방 커터;가 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.The method of claim 5,
At one end of the plurality of partition walls,
And a nozzle opening cutter capable of increasing an opening degree of the spray nozzle when at least one of the plurality of battery cells is expanded due to swelling. 제2항에 있어서,
상기 복수 개의 배터리 셀의 스웰링 이전일 때, 상기 복수 개의 스트레인 게이지는, 마주 하는 구획벽과 소정 거리 이격 배치되며,
상기 복수 개의 배터리 셀 중 적어도 하나가 스웰링에 따라 팽창할 때, 상기 스웰링에 따라 팽창한 배터리 셀에 부착된 스트레인 게이지는, 마주 하는 구획벽에 접촉되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.The method of claim 2,
Before the swelling of the plurality of battery cells, the plurality of strain gauges are disposed a predetermined distance apart from the facing partition wall,
When at least one of the plurality of battery cells expands due to swelling, a strain gauge attached to the battery cells expanded according to the swelling contacts a partition wall facing each other. 제1항에 있어서,
상기 소정의 냉동 촉매제는,
드라이 아이스 가스로 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.The method of claim 1,
The predetermined refrigeration catalyst,
Battery module, characterized in that provided with dry ice gas. 제1항에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈; 및
상기 적어도 하나의 모듈을 수용하는 랙 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.At least one battery module according to claim 1; And
Battery rack comprising a; rack case for accommodating the at least one module. 제9항에 따른 적어도 하나의 배터리 랙;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 장치.At least one battery rack according to claim 9; Power storage device comprising a.
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