KR20210011262A - 전력 저장 장치 - Google Patents

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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장 장치는, 소정의 수용 공간이 구비되는 랙 컨테이너, 랙 컨테이너 내에 배치되며, 소정의 냉매를 구비하는 쿨란트 탱크를 구비하는 복수 개의 배터리 랙 및 복수 개의 배터리 랙의 쿨란트 탱크를 연결하는 적어도 하나의 유량 보충 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전력 저장 장치{ENERGY STORAGE SYSTEM}
본 발명은 전력 저장 장치에 관한 것이다.
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.
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.
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.
종래 전력 저장 장치의 배터리 랙의 경우, 랙 케이스 내의 복수 개의 배터리 모듈들 중 적어도 어느 하나의 배터리 모듈에서 이상 상황 발생 시, 이상 상황이 발생된 배터리 모듈에서 발화가 발생할 수 있다.
이러한 어느 하나의 배터리 모듈에서 발화가 발생할 경우, 인접한 주위 배터리 모듈들로 화염 및 열이 전파될 경우, 추가적인 발화로 이어져 중대한 재산상 손실이나 커다란 인명피해 등을 야기하는 문제가 있다.
그러므로, 배터리 모듈들 중 적어도 하나의 발화 시 인접한 배터리 모듈 측으로의 화염 및 열의 전파를 보다 신속히 방지할 수 있는 전력 저장 장치를 제공할 수 있는 방안의 모색이 요청된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 배터리 모듈들 중 적어도 하나의 발화 시 인접한 배터리 모듈 측으로의 화염 및 열의 전파를 보다 신속히 방지할 수 있는 전력 저장 장치를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 해결하기 위해, 본 발명은, 전력 저장 장치로서, 소정의 수용 공간이 구비되는 랙 컨테이너; 상기 랙 컨테이너 내에 배치되며, 소정의 냉매를 구비하는 쿨란트 탱크를 구비하는 복수 개의 배터리 랙; 및 상기 복수 개의 배터리 랙의 상기 쿨란트 탱크를 연결하는 적어도 하나의 유량 보충 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 장치를 제공한다.
상기 복수 개의 배터리 랙은, 각각, 상기 배터리 랙의 상하 방향을 따라 상호 적층되며, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 복수 개의 배터리 모듈; 상기 복수 개의 배터리 모듈을 수용하는 랙 케이스; 상기 랙 케이스의 상측에 구비되는 상기 쿨란트 탱크; 상기 쿨란트 탱크와 상기 복수 개의 배터리 모듈을 연결하는 배관 유닛; 및 상기 배관 유닛과 상기 쿨란트 탱크 사이에 구비되며, 상기 복수 개의 배터리 모듈 중 적어도 하나의 배터리 모듈의 온도가 소정 온도 이상일 때 상기 소정 온도 이상의 배터리 모듈로 상기 냉매를 공급할 수 있도록 개방되어 상기 쿨란트 탱크의 냉매를 상기 배관 유닛으로 내보내는 밸브 유닛;을 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 유량 보충 유닛은, 상기 밸브 유닛의 개방에 따라, 상기 쿨란트 탱크 내부의 냉매가 줄어들어 상기 소정 온도 이상의 배터리 모듈로 유입되는 유량이 감소하는 것을 방지할 수 있게, 상기 개방된 밸브 유닛과 연결된 쿨란트 탱크 측으로 냉매를 공급할 수 있다.
상기 적어도 하나의 유량 보충 유닛은, 상기 냉매의 유동을 위한 내부 유로를 구비하며, 상기 배터리 랙의 쿨란트 탱크와 인접한 적어도 하나의 배터리 랙의 쿨란트 탱크를 연결할 수 있다.
상기 적어도 하나의 유량 보충 유닛은, 상기 내부 유로를 구비하며, 소정 길이로 형성되는 연결 파이프; 및 상기 연결 파이프에 구비되며, 상기 내부 유로를 개폐하는 적어도 하나의 유량 밸브;를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 배터리 랙은, 각각, 상기 랙 케이스에 구비되며, 상기 복수 개의 배터리 모듈의 온도를 감지하기 위한 적어도 하나의 온도 센서;를 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 배터리 랙은, 각각, 상기 적어도 하나의 온도 센서, 상기 밸브 유닛과 상기 적어도 하나의 유량 보충 유닛과 전기적으로 연결되며, 상기 밸브 유닛과 상기 유량 보충 유닛의 동작을 제어하는 제어 유닛;을 포함할 수 있다.
상기 유량 보충 유닛은, 상기 복수 개의 배터리 랙의 쿨란트 탱크들을 연결할 수 있게 복수 개로 구비될 수 있다.
상기 복수 개의 유량 보충 유닛은, 상기 복수 개의 배터리 랙의 적어도 일 방향을 따라 배치될 수 있다.
상기 배관 유닛은, 상기 밸브 유닛과 연결되는 메인 배관; 및 상기 메인 배관과 연결되며, 각각의 배터리 모듈과 연결되는 복수 개의 모듈 배관;을 포함할 수 있다.
상기 냉매는, 물로 마련될 수 있다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 배터리 모듈들 중 적어도 하나의 발화 시 인접한 배터리 모듈 측으로의 화염 및 열의 전파를 보다 신속히 방지할 수 있는 전력 저장 장치를 제공할 수 있다.
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 전력 저장 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 전력 저장 장치의 배터리 랙를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2의 전력 저장 장치의 배터리 랙의 배관 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3의 배관 유닛의 부분 절개도이다.
도 5는 도 3의 배관 유닛의 A-A'부분의 단면도이다.
도 6 및 도 7은 도 3의 배관 유닛의 다양한 실시예에 따른 수압 조절부들을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 2의 배터리 랙의 밸브 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 1의 전력 저장 장치의 유량 보충 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 10 및 도 11은 도 1의 전력 저장 장치의 유량 보충 유닛의 다양한 연결 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 12 내지 도 17은 도 1의 전력 저장 장치의 배터리 랙의 적어도 하나의 배터리 모듈의 이상 발열 시 전력 저장 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장 장치를 설명하기 위한 도면이며, 도 2는 도 1의 전력 저장 장치의 배터리 랙를 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 도 2의 전력 저장 장치의 배터리 랙의 배관 유닛을 설명하기 위한 도면이며, 도 4는 도 3의 배관 유닛의 부분 절개도이며, 도 5는 도 3의 배관 유닛의 A-A'부분의 단면도이며, 도 6 및 도 7은 도 3의 배관 유닛의 다양한 실시예에 따른 수압 조절부들을 설명하기 위한 도면이며, 도 8은 도 2의 배터리 랙의 밸브 유닛을 설명하기 위한 도면이며, 도 9는 도 1의 전력 저장 장치의 유량 보충 유닛을 설명하기 위한 도면이며, 도 10 및 도 11은 도 1의 전력 저장 장치의 유량 보충 유닛의 다양한 연결 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 11을 참조하면, 전력 저장 장치(1)는, 에너지원으로서, 가정용 또는 산업용으로 이용될 수 있다. 이러한 상기 전력 저장 장치(1)는, 복수 개의 배터리 랙(10), 랙 컨테이너(50) 및 유량 보충 유닛(70)을 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 배터리 랙(10)은, 후술하는 랙 컨테이너(50) 내에 배치될 수 있다. 이러한 상기 복수 개의 배터리 랙(10)은, 적어도 둘 이상으로 구비될 수 있다.
상기 복수 개의 배터리 랙(10)은, 각각, 배터리 모듈(100), 랙 케이스(200), 쿨란트 탱크(300), 배관 유닛(400), 밸브 유닛(500), 온도 센서(600) 및 제어 유닛(700)을 포함할 수 있다.
상기 배터리 모듈(100)은, 복수 개로 구비될 수 있다. 상기 복수 개의 배터리 모듈(100)은 상기 배터리 랙(10)의 상하 방향을 따라 상호 적층될 수 있다. 이러한 상기 복수 개의 배터리 모듈(100)은, 각각, 적어도 하나의 배터리 셀(110)을 포함할 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 복수 개의 배터리 모듈(100)이 각각 복수 개의 배터리 셀(110)을 포함하는 것으로 한정하여 설명한다.
상기 복수 개의 배터리 셀(110)은, 각각, 이차 전지로 마련될 수 있다. 구체적으로, 상기 복수 개의 배터리 셀(110)은, 파우치형 이차 전지, 각형 이차 전지 및 원통형 이차 전지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 복수 개의 배터리 셀(110)이 파우치형 이차 전지인 것으로 한정하여 설명한다.
상기 랙 케이스(200)는, 상기 복수 개의 배터리 모듈(100)을 수용할 수 있다. 이러한 상기 랙 케이스(200)는 상기 복수 개의 배터리 모듈(100)을 상하 방향에서 상호 적층될 수 있게 수용할 수 있다.
상기 쿨란트 탱크(300)는, 상기 랙 케이스(200)의 상측에 구비될 수 있다. 이러한 상기 쿨란트 탱크(300)는 소정의 냉매를 내부에 구비될 수 있다. 이에 따라, 상기 쿨란트 탱크(300)에는 상기 냉매를 수용할 수 있는 수용 공간이 마련될 수 있다. 여기서, 상기 냉매는 액체 냉매로 마련될 수 있다. 예로써, 상기 냉매는 물로 마련될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 냉매가 물로 구비되는 것으로 한정하여 설명한다.
상기 배관 유닛(400)은, 상기 쿨란트 탱크(300)와 상기 복수 개의 배터리 모듈(100)을 연결할 수 있다. 상기 배관 유닛(400)은 상기 쿨란트 탱크(300)의 냉매, 즉, 상기 물을 상기 복수 개의 배터리 모듈(100) 측으로 공급될 수 있게 가이드 할 수 있다.
이러한 상기 배관 유닛(400)은, 메인 배관(410), 모듈 배관(430) 및 수압 조절부(450)를 포함할 수 있다.
상기 메인 배관(410)은, 후술하는 밸브 유닛(500)과 연결되며, 상기 랙 케이스(200)의 상하 방향을 따라 소정 길이로 길게 형성될 수 있다. 이러한 상기 메인 배관(200)은 상기 랙 케이스(200)와 소정 간격으로 이격 배치될 수 있다.
상기 모듈 배관(430)은, 상기 메인 배관(410)과 연결되며, 상기 메인 배관(410)으로부터 수평 방향으로 배치될 수 있다. 이러한 상기 모듈 배관(430)은 복수 개로 구비되며, 각각의 배터리 모듈(100)과 연결될 수 있다.
상기 복수 개의 모듈 배관(430)은, 상기 랙 케이스(200)의 상하 방향을 따라 상호 소정 거리 이격 배치될 수 있다. 상기 복수 개의 모듈 배관(430)은, 상기 메인 배관(410)과 상기 복수 개의 배터리 모듈(100)을 상호 연결할 수 있다.
이러한 상기 복수 개의 모듈 배관(430)은, 각각, 모듈 밸브(435)를 포함할 수 있다.
상기 모듈 밸브(435)는, 각각의 모듈 배관(430)의 내부 유로에 개폐 가능하게 구비될 수 있다. 이러한 상기 모듈 밸브(435)는, 후술하는 제어 유닛(700)과 전기적으로 연결될 수 있다. 각각의 모듈 밸브(435)는 후술하는 제어 유닛(700)의 제어에 따라 상기 모듈 배관(430)의 내부 유로를 개방하거나 또는 패쇄할 수 있게 동작할 수 있다.
한편, 상기 모듈 밸브(435)는 상기 제어 유닛(700)의 제어가 아닌 다른 방식으로도 개방 또는 패쇄 가능하게 구비되는 것도 가능할 수 있다. 예로써, 상기 모듈 밸브(435)는, 상기 모듈 배관(430)의 내부 유로를 패쇄할 수 있게 상기 모듈 배관(430) 내부에 장착된 상태에서, 상기 배터리 모듈(100)의 이상 발열 시, 상기 모듈 배관(430)의 내부 유로를 개방할 수 있게 상기 기 설정된 소정 온도 이상에서 녹아 내리거나 또는 끊어지는 등의 방식의 부재로 구비되는 것도 가능할 수 있다.
상기 수압 조절부(450)는, 상기 메인 배관(410)의 높이에 따라 수압을 조절하기 위한 것으로서, 상기 메인 배관(410)의 내벽에 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 수압 조절부(450)는, 복수 개로 구비되어, 상기 메인 배관(410)의 상하 방향에서, 상기 복수 개의 모듈 배관(430) 사이 사이에 배치될 수 있다.
상기 복수 개의 수압 조절부(450)는, 상기 메인 배관(410)의 내벽으로부터 상기 메인 배관(410)의 중앙부 측으로 소정 길이 돌출되게 형성될 수 있다. 이러한 상기 복수 개의 수압 조절부(450)가 구비된 상기 메인 배관(410)의 내경은 상기 복수 개의 수압 조절부(450)가 구비되지 않은 부분보다 상대적으로 상기 메인 배관(410)의 내경이 줄어들 수 있다. 이에 따라, 상기 복수 개의 모듈 배관(430) 사이 사이의 상기 복수 개의 수압 조절부(450)가 구비되는 상기 메인 배관(410) 부분들 공간에는 배관 손실이 일어날 수 있다. 이러한 배관 손실에 의해 상기 메인 배관(410)을 통해 상기 물이 유동할 때, 중력에 의해 증가되는 압력을 상쇄시켜, 상기 복수 개의 모듈 배관(430) 측 어디에서나 높이에 상관 없이 보다 균일하게 상기 물이 공급될 수 있다.
즉, 상기 복수 개의 수압 조절부(450)를 통해 상기 메인 배관(410)의 높이에 따른 수압을 조절하여, 상기 물 공급 시, 상기 복수 개의 배터리 모듈들(100)의 상측이나 하측, 중앙 측을 포함한 상기 복수 개의 배터리 모듈들(100) 어디에서나 상기 물이 균일하게 투입될 수 있다. 결국, 상기 복수 개의 수압 조절부(450)는 상기 배터리 모듈들(100)의 높이에 상관 없이 균일한 유량의 투입을 가이드 할 수 있다.
한편, 상기 복수 개의 수압 조절부(450)는, 상기 메인 배관(410)의 배관 손실을 줄 수 있는 기타 다른 구조로 마련되는 것도 가능할 수 있다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 복수 개의 수압 조절부(450)는 상기 메인 배관(410)의 내벽으로 돌출되어 상기 메인 배관(410)의 중앙 측을 중심으로 방사 형태로 마련되는 복수 개의 리브들로 마련되는 것도 가능할 수 있으며, 도 7에 도시된 바와 같이, 복수 개의 수압 조절부(470)는, 내부에 복수 개의 통공들이 마련되는 원판 형상으로 마려되는 것도 가능할 수 있다.
상기 밸브 유닛(500)은, 상기 배관 유닛(400)과 상기 쿨란트 탱크(300) 사이에 구비되며, 상기 복수 개의 배터리 모듈(100) 중 적어도 하나의 배터리 모듈(100)의 온도가 소정 온도 이상일 때 상기 복수 개의 배터리 모듈(100)로 상기 물을 공급할 수 있도록 개방되어 상기 쿨란트 탱크(300)의 물을 상기 배관 유닛(400)으로 내보낼 수 있다.
이러한 상기 밸브 유닛(500)은, 밸브 본체(510) 및 개폐 밸브(530)를 포함할 수 있다.
상기 밸브 본체(510)는, 상기 쿨란트 탱크(300)와 상기 배관 유닛(400)을 연결할 수 있다. 이러한 상기 밸브 본체(510)의 내부에는 상기 물의 유동을 위한 밸브 유로(515)가 구비될 수 있다.
상기 개폐 밸브(530)는, 상기 밸브 본체(510) 내에 개폐 가능하게 구비되며, 상기 쿨란트 탱크(300) 가까이에 배치될 수 있다. 이러한 상기 개폐 밸브(530)는, 상기 복수 개의 배터리 모듈(100)의 온도가 소정 온도 미만일 때 상기 밸브 유로(515)를 폐쇄하고, 상기 복수 개의 배터리 모듈(100) 중 적어도 하나의 배터리 모듈(100)의 온도가 소정 온도 이상일 때 상기 밸브 유로(515)를 개방할 수 있다.
상기 온도 센서(600)는, 상기 랙 케이스(200)에 구비되며, 상기 복수 개의 배터리 모듈(100)의 온도를 감지할 수 있다. 이러한 상기 온도 센서(600)는, 복수 개로 구비될 수 있다. 상기 복수 개의 온도 센서(600)는, 각각, 각각의 배터리 모듈(100) 가까이에 배치될 수 있다.
상기 제어 유닛(700)은, 상기 복수 개의 배터리 모듈(100), 상기 쿨란트 탱크(300), 상기 복수 개의 온도 센서(600), 상기 모듈 밸브(435), 상기 밸브 유닛(500), 후술하는 유량 보충 유닛(70)의 유량 밸브(75) 및 상기 배터리 랙(10)의 각종 전장 부품 등과 전기적으로 연결되며, 상기 배터리 랙(10) 및 상기 유량 보충 유닛(70)의 동작 등을 제어할 수 있다. 예로써, 상기 제어 유닛(700)은, 상기 복수 개의 배터리 모듈(100) 중 적어도 하나의 배터리 모듈(100)의 이상 발열에 따른 화재 등 발생 시, 상기 밸브 유닛(500)의 상기 개폐 밸브(530)의 동작, 상기 이상 발열이 발생한 적어도 하나의 배터리 모듈(100)과 연결되는 상기 모듈 배관(430)의 상기 모듈 밸브(435)의 동작 및 상기 유량 보충 유닛(70)의 유량 밸브(75)의 동작 등을 제어할 수 있다.
다시, 상기 전력 저장 장치(1)의 구성들을 살펴 보면, 상기 랙 컨테이너(50)는, 상기 복수 개의 배터리 랙(10)을 수용할 수 있다. 이를 위해, 상기 랙 컨테이너(50)에는, 상기 복수 개의 배터리 랙(10)을 수용할 수 있는 소정의 수용 공간이 구비될 수 있다.
상기 유량 보충 유닛(70)은, 상기 복수 개의 배터리 랙(10)의 상기 쿨란트 탱크(300)들을 상호 연결할 수 있다. 이러한 상기 유량 보충 유닛(70)은, 상기 적어도 하나의 배터리 랙(10)의 상기 밸브 유닛(500)의 개방에 따라, 상기 밸브 유닛(500)이 개방된 적어도 하나의 배터리 랙(10)의 상기 쿨란트 탱크(300) 내부의 물이 줄어들어 상기 소정 온도 이상의 배터리 모듈(100)로 유입되는 유량이 감소하는 것을 방지할 수 있게, 상기 개방된 밸브 유닛(500)과 연결된 쿨란트 탱크(300) 측으로 물을 공급할 수 있게 가이드 할 수 있다.
상기 유량 보충 유닛(70)은, 상기 복수 개의 배터리 랙(10) 중 적어도 하나의 배터리 랙(10)의 쿨란트 탱크(300) 및 상기 적어도 하나의 배터리 랙(10)의 쿨란트 탱크(300)와 인접한 적어도 하나의 배터리 랙(10)의 쿨란트 탱크(300)를 상호 연결할 수 있다.
여기서, 상기 유량 보충 유닛(70)은, 상기 배터리 랙(10)의 쿨란트 탱크(300)들의 하단부에 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 유량 보충 유닛(70)의 개방 시, 어느 하나의 쿨란트 탱크(300)에서 다른 하나의 쿨란트 탱크(300) 측으로의 물의 유동은, 중력에 의한 포텐셜 에너지에 의해 자연스럽게 수행될 수 있다.
이러한 상기 유량 보충 유닛(70)은, 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개로 마련될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 유량 보충 유닛(70)이 복수 개로 마련되는 것으로 한정하여 설명한다.
상기 복수 개의 유량 보충 유닛(70)은, 복수 개의 배터리 랙(10)의 상기 쿨란트 탱크(300)들을 연결할 수 있게 구비될 수 있으며, 적어도 일 방향을 따라 배치될 수 있다. 예로써, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 복수 개의 유량 보충 유닛(70)은, 상기 복수 개의 배터리 랙(10)의 일 방향, 즉, 상하 방향을 따라 1차원 형태로 배치될 수 있다. 한편, 도 11에 도시된 바와 같이, 복수 개의 유량 보충 유닛(80)은, 상기 복수 개의 배터리 랙(10)의 배치 형태에 따라, 상하 방향 및 좌우 방향의 2차원 형태로 배치되는 것도 가능할 수 있다. 이는 예시적인 것일 뿐 상기 복수 개의 유량 보충 유닛(70)은, 상기 복수 개의 배터리 랙(10)의 배치 형태에 따라 보다 다양하고 유연한 형태로 배치될 수 있다.
이하, 이러한 상기 복수 개의 유량 보충 유닛(70)에 대해 보다 구체적으로 살펴 본다.
상기 복수 개의 유량 보충 유닛(70)은, 각각, 연결 파이프(71) 및 유량 밸브(75)를 포함할 수 있다.
상기 연결 파이프(71)는, 소정 길이로 형성되며, 상기 물의 유동을 위한 내부 유로(73)를 구비할 수 있다. 이러한 상기 연결 파이프(71)는 인접한 배터리 랙들(10)의 쿨란트 탱크들(300)과 상호 연통되게 연결될 수 있다.
상기 유량 밸브(75)는, 적어도 하나 이상으로 구비되며, 상기 내부 유로(73)를 개폐할 수 있게 상기 연결 파이프(71)에 구비될 수 있다. 이러한 상기 유량 밸브(75)는 상기 제어 유닛(700)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 상기 제어 유닛(700)의 제어에 따라 개폐 가능하게 동작할 수 있다.
이하에서는, 이러한 본 실시예에 따른 상기 전력 저장 장치(1)의 상기 배터리 랙들(10) 중 적어도 하나의 배터리 모듈(100)의 이상 발열 시 상기 전력 저장 장치(1)의 동작에 대해 보다 구체적으로 살펴 본다.
도 12 내지 도 17은 도 1의 전력 저장 장치의 배터리 랙의 적어도 하나의 배터리 모듈의 이상 발열 시 전력 저장 장치의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 12 내지 도 14를 참조하면, 상기 전력 저장 장치(1)에서, 상기 복수 개의 배터리 랙(10)의 복수 개의 배터리 모듈(100) 중 적어도 하나의 배터리 모듈(100)에서 이상 발열 등에 따라 온도가 급격히 상승할 수 있다. 이 경우, 이상 발열이 발생한 배터리 모듈(100)에서 화재 등이 발생할 경우, 이러한 화재가 인접한 배터리 모듈(100)로 이어질 경우, 전체 배터리 랙(10)의 폭발 등 더 큰 위험이 발생할 수 있기에, 이를 사전에 신속히 차단하는 것이 필요하다. 즉, 상기 배터리 모듈들(100) 중 적어도 하나의 발화 시 인접한 배터리 모듈(100) 측으로의 화염 및 열의 전파 등을 보다 신속히 차단하는 것이 필요하다.
본 실시예의 경우, 상기 배터리 랙(10)의 복수 개의 배터리 모듈(100) 중 적어도 하나의 배터리 모듈(100)에서 이상 발열 등에 따른 온도가 상승될 경우, 먼저, 이상 발열 등에 따라 온도가 상승된 배터리 모듈(100) 가까이의 상기 온도 센서(600)에서 이를 감지할 수 있다. 이후, 상기 제어 유닛(700)은, 상기 온도 센서(600)에서 감지된 온도가 기 설정된 소정 온도 이상일 경우, 상기 밸브 유닛(500)의 상기 개폐 밸브(530) 및 상기 기 설정된 소정 온도 이상으로 이상 발열된 배터리 모듈(100)과 연결되는 모듈 배관(430)의 모듈 밸브(435)를 개방시킬 수 있다.
상기 밸브 유닛(500)의 상기 개폐 밸브(530) 개방에 따라, 상기 쿨란트 탱크(300) 내부에 수용되어 있던 물(W)은, 상기 밸브 유닛(500)의 상기 밸브 본체(510)의 상기 밸브 유로(515)를 따라, 상기 배관 유닛(400) 측으로 공급될 수 있다.
이후, 상기 배관 유닛(400)의 상기 메인 배관(410)으로 공급된 물(W)은, 상기 복수 개의 모듈 배관(430) 중 상기 모듈 밸브(435)가 개방된 모듈 배관(430) 측으로 유동하면서 상기 기 설정된 소정 온도 이상으로 온도가 상승된 이상 발열된 배터리 모듈(100)로 공급될 수 있다.
이에 따라, 상기 이상 발열이 발생한 배터리 모듈(100) 측으로 상기 물이 공급되어, 보다 신속히 이상 발열이 발생한 배터리 모듈(100)을 냉각시킬 수 있다. 즉, 본 실시예에서는, 상기 쿨란트 탱크(300) 내의 물을 통해, 이상 발열 등의 상황 발생 시, 상기 이상 발열이 발생한 배터리 모듈(100) 측으로 상기 물을 통한 긴급 냉각을 구현할 수 있기에, 상기 배터리 모듈들(100) 중 적어도 하나의 발화 시 인접한 배터리 모듈(100) 측으로의 화염 및 열의 전파를 보다 신속히 방지할 수 있다.
한편, 상기 메인 배관(410)에 구비되는 상기 복수 개의 수압 조절부(450)는, 이러한 상기 물 공급 시, 상기 메인 배관(410)의 높이에 따른 수압을 조절하여 상기 복수 개의 배터리 모듈들(100) 어디에서나 동일한 유량 투입을 가이드 할 수 있다. 즉, 본 실시예의 경우, 상기 복수 개의 수압 조절부(450)를 통해, 상기 적층된 배터리 모듈(100)의 높이에 상관없이 균일한 물(W)의 투입을 가이드 할 수 있다.
다시 말해, 상기 적층된 배터리 모듈(100) 중 상측의 배터리 모듈(100)에서 이상 발열이 발생한 경우, 하측의 배터리 모듈(100)에서 이상 발열이 발생한 경우, 중앙 측의 배터리 모듈(100)에서 이상 발열이 발생한 경우 등, 적층 높이가 서로 다른 경우에도, 이상 발열된 배터리 모듈(100)의 냉각을 위한 물 공급 시, 상기 수압 조절부(450)를 통해 적층 높이에 상관 없이 균일한 유량 투입을 가이드 할 수 있다.
이상과 같은, 상기 복수 개의 수압 조절부(450)를 통해, 상측에 적층된 배터리 모듈(100)의 이상 발열 시 공급되는 유량, 하측에 적층된 배터리 모듈(100)의 이상 발열 시 공급되는 유량, 또는 중앙 측에 적층된 배터리 모듈(100)의 이상 발열 시 공급되는 유량 등이 모두 균일할 수 있다.
도 15 내지 도 17을 참조하면, 한편, 상기 이상 발열이 발생한 배터리 모듈(100) 측으로 물(W) 공급 시, 상기 물(W)을 공급하는 쿨란트 탱크(300) 내부의 물(W)이 줄어들 수 있다.
상기 이상 발열된 배터리 모듈(100) 측으로의 긴급 냉각 시, 냉각 성능 유지를 위해서는, 동일한 유량으로 일정 시간 동안 투입되는 것이 중요하다. 상기 물(W)을 공급하는 쿨란트 탱크(300)의 물이 줄어들면, 수압이 줄어들어 이상 발열된 배터리 모듈(100) 측으로 공급되는 유량 또한 줄어들 수 있다.
본 실시예의 경우, 이 경우, 상기 제어 유닛(700)이 상기 물(W)을 공급하는 쿨란트 탱크(300) 내부의 물(W)의 양을 감지할 수 있다. 상기 제어 유닛(700)은 이상 발열된 배터리 모듈(100) 측으로 상기 물(W)을 공급하는 쿨란트 탱크(300) 내부의 물(W)의 양이 기 설정된 소정량 이하가 되면, 인접한 배터리 랙(10)의 쿨란트 탱크(300)에서 상기 기 설정된 소정량 이하가 된 상기 쿨란트 탱크(300) 측으로 물(W)을 공급할 수 있다.
구체적으로, 상기 제어 유닛(700)은, 상기 유량 보충 유닛(70)의 상기 유량 밸브(75)를 개방시켜, 상기 기 설정된 소정량 이하가 된 상기 쿨란트 탱크(300)와 인접한 쿨란트 탱크(300)를 연통시킬 수 있다. 이에 따라, 인접한 쿨란트 탱크(300)의 물(W)이 상기 유량 보충 유닛(70)의 연결 파이프(71)의 내부 유로(73)를 따라 유동한 후 상기 기 설정된 소정량 이하가 된 상기 쿨란트 탱크(300) 측으로 공급될 수 있다.
이에 따라, 상기 긴급 냉각을 위해 물(W)을 내보내는 상기 쿨란트 탱크(300)는, 상기 유량 보충 유닛(70)을 통해, 인접한 쿨란트 탱크(300)로부터 물(W)을 보충할 수 있어서, 동일한 유량으로 일정 시간 동안 지속적으로 상기 이상 발열이 발생한 배터리 모듈(100) 측으로 물(W)을 공급할 수 있다.
따라서, 본 실시예에서는, 상기 유량 보충 유닛(70)을 통해, 상기 이상 발열된 배터리 모듈(100) 측으로의 긴급 냉각 시, 동일한 유량으로 일정 시간 동안 물을 투입할 수 있기에, 상기 긴급 냉각 시의 냉각 성능을 일정 시간 동안 지속적으로 유지할 수 있다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 배터리 모듈들(100) 중 적어도 하나의 발화 시 인접한 배터리 모듈(100) 측으로의 화염 및 열의 전파를 보다 신속히 방지할 수 있는 전력 저장 장치(1)를 제공할 수 있다.
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.
1: 전력 저장 장치
10: 배터리 랙
50: 랙 컨테이너
70: 유량 보충 유닛
71: 연결 파이프
73: 내부 유로
75: 유량 밸브
80: 유량 보충 유닛
100: 배터리 모듈
110: 배터리 셀
200: 랙 케이스
300: 쿨란트 탱크
400: 배관 유닛
410: 메인 배관
430: 모듈 배관
450, 460, 470: 수압 조절부
500: 밸브 유닛
510: 밸브 본체
515: 밸브 유로
520: 밸브 유로
530: 개폐 밸브
600: 온도 센서
700: 제어 유닛

Claims (11)

  1. 전력 저장 장치에 있어서,
    소정의 수용 공간이 구비되는 랙 컨테이너;
    상기 랙 컨테이너 내에 배치되며, 소정의 냉매를 구비하는 쿨란트 탱크를 구비하는 복수 개의 배터리 랙; 및
    상기 복수 개의 배터리 랙의 상기 쿨란트 탱크를 연결하는 적어도 하나의 유량 보충 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 배터리 랙은, 각각,
    상기 배터리 랙의 상하 방향을 따라 상호 적층되며, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 복수 개의 배터리 모듈;
    상기 복수 개의 배터리 모듈을 수용하는 랙 케이스;
    상기 랙 케이스의 상측에 구비되는 상기 쿨란트 탱크;
    상기 쿨란트 탱크와 상기 복수 개의 배터리 모듈을 연결하는 배관 유닛; 및
    상기 배관 유닛과 상기 쿨란트 탱크 사이에 구비되며, 상기 복수 개의 배터리 모듈 중 적어도 하나의 배터리 모듈의 온도가 소정 온도 이상일 때 상기 소정 온도 이상의 배터리 모듈로 상기 냉매를 공급할 수 있도록 개방되어 상기 쿨란트 탱크의 냉매를 상기 배관 유닛으로 내보내는 밸브 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 유량 보충 유닛은,
    상기 밸브 유닛의 개방에 따라, 상기 쿨란트 탱크 내부의 냉매가 줄어들어 상기 소정 온도 이상의 배터리 모듈로 유입되는 유량이 감소하는 것을 방지할 수 있게, 상기 개방된 밸브 유닛과 연결된 쿨란트 탱크 측으로 냉매를 공급하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 유량 보충 유닛은,
    상기 냉매의 유동을 위한 내부 유로를 구비하며, 상기 배터리 랙의 쿨란트 탱크와 인접한 적어도 하나의 배터리 랙의 쿨란트 탱크를 연결하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 유량 보충 유닛은,
    상기 내부 유로를 구비하며, 소정 길이로 형성되는 연결 파이프; 및
    상기 연결 파이프에 구비되며, 상기 내부 유로를 개폐하는 적어도 하나의 유량 밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 복수 개의 배터리 랙은, 각각,
    상기 랙 케이스에 구비되며, 상기 복수 개의 배터리 모듈의 온도를 감지하기 위한 적어도 하나의 온도 센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수 개의 배터리 랙은, 각각,
    상기 적어도 하나의 온도 센서, 상기 밸브 유닛과 상기 적어도 하나의 유량 보충 유닛과 전기적으로 연결되며, 상기 밸브 유닛과 상기 유량 보충 유닛의 동작을 제어하는 제어 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 유량 보충 유닛은,
    상기 복수 개의 배터리 랙의 쿨란트 탱크들을 연결할 수 있게 복수 개로 구비되는 것을 특징으로 하는 전력 저장 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수 개의 유량 보충 유닛은,
    상기 복수 개의 배터리 랙의 적어도 일 방향을 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 전력 저장 장치.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 배관 유닛은,
    상기 밸브 유닛과 연결되는 메인 배관; 및
    상기 메인 배관과 연결되며, 각각의 배터리 모듈과 연결되는 복수 개의 모듈 배관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 냉매는,
    물로 마련되는 것을 특징으로 하는 전력 저장 장치.
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