KR20210097523A - 소화 유닛을 포함한 배터리 팩, 이를 포함하는 배터리 랙, 및 전력 저장 시스템 - Google Patents

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KR20210097523A
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fire extinguishing
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이진규
정관수
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Abstract

본 발명은 2차 발화 내지 폭발의 위험성을 줄인 배터리 팩을 개시한다. 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은, 적어도 하나 이상의 배터리 모듈; 제1 화재 감지 센서, 내부에 소화제가 수용된 제1 소화 탱크, 상기 제1 소화 탱크로부터 상기 적어도 하나 이상의 배터리 모듈로 상기 소화제를 공급하도록 상기 제1 소화 탱크와 상기 적어도 하나 이상의 배터리 모듈을 연결하도록 구성된 제1 배관, 및 상기 제1 소화 탱크로부터 상기 적어도 하나 이상의 배터리 모듈로 상기 소화제가 공급 가능하도록 개방되는 제1 밸브를 구비한 제1 소화 유닛; 및 제2 화재 감지 센서, 일단이 상기 제1 배관과 연결된 제2 배관, 상기 제2 배관을 통해 상기 제1 배관으로 소화제가 공급되도록 상기 제2 배관의 타단과 연결된 소화제 공급부, 및 상기 적어도 하나 이상의 배터리 모듈의 온도가 소정 온도 이상이 되거나 또는 연기가 발생된 경우, 상기 소화제 공급부로부터 상기 소화제를 상기 제2 배관을 통해 상기 제1 배관으로 공급 가능하도록 개방되는 제2 밸브를 구비한 제2 소화 유닛을 포함한다.

Description

소화 유닛을 포함한 배터리 팩, 이를 포함하는 배터리 랙, 및 전력 저장 시스템 {Battery Pack Having Fire Extinguishing Unit, Battery Rack Including the Same and Power Storage System}
본 발명은 소화 유닛을 포함한 배터리 팩, 이를 포함하는 배터리 랙, 및 전력 저장 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 2차 발화 내지 폭발의 위험성을 줄인 배터리 팩에 관한 것이다.
현재 상용화된 이차전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차전지는 니켈 계열의 이차전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 파우치 외장재를 구비한다.
최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐만 아니라, 자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 이차전지가 널리 이용되고 있다. 이러한 중대형 장치에 이용되는 경우, 용량 및 출력을 높이기 위해 많은 수의 이차전지가 전기적으로 연결된다. 특히, 이러한 중대형 장치에는 적층이 용이하다는 장점으로 인해 파우치형 이차전지가 많이 이용된다.
한편, 근래 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 구조에 대한 필요성이 높아지면서 전기적으로 직렬 및/또는 병렬로 연결된 다수의 이차전지, 및 이러한 이차전지를 내부에 수용한 배터리 모듈 및 배터리 관리 시스템(BMS)을 구비한 배터리 팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
또한, 이러한 배터리 팩은, 복수의 이차전지를 외부 충격으로부터 보호하거나 수납 보관하기 위해서 금속 재질의 외부 하우징을 구비하는 것이 일반적이었다. 한편, 최근 고용량의 배터리 팩이 수요가 높아지고 있다.
그러나, 종래기술의 배터리 팩 또는 배터리 랙은, 복수의 배터리 모듈을 구비하고, 각각의 배터리 모듈의 이차전지가 열폭주가 발생되어, 발화 내지 폭발할 경우, 인접한 이차전지로 열 또는 화염이 전달되어 2차 폭발 등이 일어나는 경우가 있어, 2차 발화 내지 폭발을 방지하기 위한 노력이 가중되고 있다.
이에 따라, 배터리 팩 또는 배터리 랙에서 일부 이차전지가 열폭주가 발생될 경우, 즉각적인 조치를 취할 수 있도록 빠르고 완전한 소화 기술이 필요한 실정이다. 또한, 배터리 관리 시스템의 비작동 내지 오작동 되더라도, 화재에 대한 안정적으로 소화가 이루어질 수 있는 방편이 필요한 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 2차 발화 내지 폭발의 위험성을 줄인 배터리 팩을 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 팩은,
적어도 하나 이상의 배터리 모듈;
상기 적어도 하나 이상의 배터리 모듈의 온도가 소정 온도 이상이 되거나 또는 상기 적어도 하나 이상의 배터리 모듈에서 연기가 발생될 때 이를 감지하도록 구성된 제1 화재 감지 센서, 내부에 소화제가 수용된 제1 소화 탱크, 상기 제1 소화 탱크로부터 상기 적어도 하나 이상의 배터리 모듈로 상기 소화제를 공급하도록 상기 제1 소화 탱크와 상기 적어도 하나 이상의 배터리 모듈을 연결하도록 구성된 제1 배관, 및 상기 제1 배관에 구비되고 상기 적어도 하나 이상의 배터리 모듈의 온도가 소정 온도 이상이 되거나 또는 연기가 발생된 경우 상기 제1 소화 탱크로부터 상기 적어도 하나 이상의 배터리 모듈로 상기 소화제가 공급 가능하도록 개방되는 제1 밸브를 구비한 제1 소화 유닛; 및
상기 적어도 하나 이상의 배터리 모듈의 온도가 소정 온도 이상이 되거나 또는 상기 적어도 하나 이상의 배터리 모듈에서 연기가 발생될 때 이를 감지하도록 구성된 제2 화재 감지 센서, 일단이 상기 제1 배관과 연결된 제2 배관, 상기 제2 배관을 통해 상기 제1 배관으로 소화제가 공급되도록 상기 제2 배관의 타단과 연결된 소화제 공급부, 및 상기 적어도 하나 이상의 배터리 모듈의 온도가 소정 온도 이상이 되거나 또는 연기가 발생된 경우, 상기 소화제 공급부로부터 상기 소화제를 상기 제2 배관을 통해 상기 제1 배관으로 공급 가능하도록 개방되는 제2 밸브를 구비한 제2 소화 유닛을 포함한다.
또한, 상기 소화제 공급부는 내부에 소화제가 수용된 제2 소화 탱크, 또는 외부에서 수돗물을 공급이 가능하고 상기 제2 배관과 연결된 소화전, 또는 상기 제2 소화 탱크 및 상기 소화전을 구비할 수 있다.
더욱이, 상기 제1 소화 유닛은, 상기 제1 화재 감지 센서로부터 전달 받은 신호에 따라 상기 제1 밸브의 개폐를 제어하도록 구성된 제1 제어부를 더 구비하고,
상기 제2 소화 유닛은, 상기 제2 화재 감지 센서로 전달 받은 신호에 따라 상기 제2 밸브의 개폐를 제어하도록 구성된 제2 제어부를 더 구비하고,
상기 제1 제어부는, 상기 제1 화재 감지 센서로부터 화재 신호를 전달 받은 경우, 화재 신호를 상기 제2 제어부로 전송하고,
상기 제2 제어부는, 상기 제1 제어부로부터 화재 신호를 받은 이후, 소정 시간이 경과하여도, 상기 제2 화재 감지 센서로부터 상기 배터리 모듈이 소정 온도 이상을 유지하는 것이 감지될 경우, 상기 제2 밸브를 개방하도록 구성될 수 있다.
그리고, 상기 제1 배관은,
상기 제1 소화 탱크의 소화제가 토출되는 토출구와 연결된 공통 배관; 및
상기 배터리 모듈이 적어도 둘 이상 구비될 경우, 상기 공통 배관으로부터 상기 적어도 둘 이상의 배터리 모듈 각각에 연결되도록 분배된 구조의 분배 배관을 구비하고,
상기 제1 밸브는 상기 공통 배관을 개폐하도록 상기 공통 배관 중 어느 일부분에 위치하고,
상기 제1 밸브는 상기 제1 제어부에 의해 개폐가 제어되는 능동형 밸브일 수 있다.
나아가, 상기 제1 소화 유닛은 상기 분배 배관을 개폐하도록 상기 분배 배관 중 어느 일부분에 위치한 분배 밸브를 더 구비하고,
상기 분배 밸브는, 상기 배터리 모듈의 온도가 소정 온도 이상으로 상승할 경우, 일부 내부 구성이 변형되어 출구가 개방되도록 구성된 수동형 밸브일 수 있다.
또한, 상기 분배 밸브는,
출구를 밀폐하도록 구성되되 상기 배터리 모듈의 소정 온도 이상의 내부 가스에 노출될 경우 적어도 일부분이 파손됨으로써 상기 출구를 개방하도록 구성된 유리 벌브; 및
상기 출구로부터 배출되는 소화제를 분산시키도록 구성된 분산부를 구비할 수 있다.
그리고, 상기 배터리 모듈은 복수의 이차전지를 가진 적어도 하나 이상의 셀 어셈블리, 상기 적어도 하나 이상의 셀 어셈블리를 수용할 수 있는 내부 공간을 가진 모듈 하우징을 구비하고,
상기 모듈 하우징은 내부에 상기 셀 어셈블리로부터 발생된 가스가 외부로 배출되도록 구성된 가스 통로가 구비되며,
상기 분배 밸브의 유리 벌브가 상기 가스 통로의 일부분에 위치될 수 있다.
나아가, 상기 분배 밸브는, 상기 셀 어셈블리로부터 발생된 가스가 상기 유리 벌브와 접촉되도록 유도하는 가스 유도대를 더 구비할 수 있다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 랙은, 상기 배터리 팩, 및 상기 배터리 팩을 수용하는 랙 케이스를 포함한다.
더욱이, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전력 저장 장치는, 배터리 랙을 적어도 둘 이상 포함한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 본 발명의 배터리 팩은, 제1 소화 유닛과 별도로 제2 소화 유닛을 더 포함함으로써, 제1 소화 유닛의 불량 내지 오작동으로 인해, 제1 소화 유닛을 통해 배터리 모듈의 소화가 이루어지지 않더라도, 별도의 제2 소화 유닛을 사용해 추가적인 소화를 실시할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 배터리 모듈은, 2중 소화 실시를 통해 안전성을 극대화 시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 본 발명의 제1 소화 유닛은, 제1 화재 감지 센서로부터 전달 받은 신호에 따라 제1 밸브의 개폐를 제어하도록 구성된 제1 제어부를 더 구비하고, 제2 소화 유닛은, 제2 화재 감지 센서로 전달 받은 신호에 따라 제2 밸브의 개폐를 제어하도록 구성된 제2 제어부를 더 구비함으로써, 배터리 모듈의 화재나 열폭주 발생시, 제1 제어부가 오작동 내지 고장으로 인해 제1 밸브를 개폐할 수 없더라도, 제2 제어부가 제2 밸브를 개방 시킬 수 이는 바, 안정적인 소화를 진행할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 일 실시예의 일측면에 의하면, 본 발명의 분배 밸브는 출구를 밀폐하도록 구성되되 배터리 모듈의 소정 온도 이상의 내부 가스에 노출될 경우 적어도 일부분이 파손됨으로써 출구를 개방하도록 구성된 유리 벌브, 및 출구로부터 배출되는 소화제를 분산시키도록 구성된 분산부를 구비함으로써, 열폭주나 화재가 발생한 배터리 모듈의 고온의 내부 온도에 의해 빠른 응답 속도로 분배 밸브를 개방시킬 수 있다. 더욱이, 분산부가 공급된 소화제를 고르게 분사시킴으로써, 소화 능력을 효과적으로 높일 수 있다.
나아가, 본 발명의 일측면에 의하면, 본 발명은, 제1 밸브의 분산부가 탑부로부터 분산부가 위치한 방향으로 연장되고 좌우 상하 방향 중 적어도 2 이상의 방향으로 벌어진 구조를 가진 가스 유도대를 구비함으로써, 유리 벌브 양측으로 흘러 지나가는 고온의 가스가 곧장 지나치지 않고 유리 벌브가 위치한 방향으로 흐름을 유도할 수 있다. 이에 따라, 제1 밸브의 작동의 신뢰성을 높일 수 있고, 제1 밸브의 작동 시간을 효과적으로 줄일 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 안 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 나타내는 전방 사시도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 나타내는 후방 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 구성인 배터리 모듈을 개략적으로 나타내는 후방 사시도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 구성인 셀 어셈블리를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 구성들을 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 구성인 제2 소화 탱크를 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 7은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 구성인 소화전을 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 제1 소화 유닛의 일부 구성들을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 구성인 분배 밸브를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 내부 구성들의 모습을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 11은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 구성인 분배 밸브의 모습을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 12는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장 시스템을 개략적으로 나타내는 정면도이다.
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 팩을 개략적으로 나타내는 전방 사시도이다. 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 나타내는 후방 사시도이다. 도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 구성인 배터리 모듈을 개략적으로 나타내는 후방 사시도이다. 도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 구성인 셀 어셈블리를 개략적으로 나타내는 사시도이다. 그리고, 도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 구성들을 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 배터리 팩(400)은, 적어도 하나 이상의 배터리 모듈(200), 제1 소화 유닛(301), 및 제2 소화 유닛(302)을 포함한다.
먼저, 상기 배터리 모듈(200)은, 복수가 구비될 경우, 일방향으로 배열될 수 있다. 이때, 상기 배터리 모듈(200)은 적어도 하나 이상의 셀 어셈블리(도 4의 100)를 구비할 수 있다. 상기 셀 어셈블리(100)는 일방향으로 배열된 복수의 이차전지(110)를 가질 수 있다.
또한, 상기 이차전지(110)는 파우치형 이차전지(110)일 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 도 1의 F 방향으로(정면에서) 바라볼 경우, 셀 어셈블리(100)는 복수개의 파우치형 이차전지(110)가 전후 방향으로 나란하게 상호 적층된 형태로 구성될 수 있다. 예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같이, 하나의 셀 어셈블리(100)는 21개의 파우치형 이차전지(110)가 구비될 수 있다.
한편, 본 명세서에서는, 특별한 설명이 없는 한, 상, 하, 전, 후, 좌, 우 방향에 대하여, F 방향으로 바라볼 때를 기준으로 한다.
특히, 이러한 파우치형 이차전지(110)는, 전극 조립체(도시하지 않음), 전해액(도시하지 않음) 및 파우치(116)를 구비할 수 있다.
더욱이, 상기 양극 리드(111)와 상기 음극 리드(112)는, 상기 이차전지(110)의 중심을 기준으로 서로 반대 방향의 좌우 방향의 단부에 형성될 수 있다. 즉, 상기 양극 리드(111)는 상기 이차전지(110)의 중심을 기준으로 일단부(우단부)에 구비될 수 있다. 또한, 상기 음극 리드(112)는 이차전지(110)의 중심을 기준으로 타단부(좌단부)에 구비될 수 있다.
그러나, 본 발명에 따른 배터리 모듈(200)에는, 앞서 설명한 파우치형 이차전지(110)로만 한정되는 것은 아니고 본원발명의 출원 시점에 공지된 다양한 이차전지(110)가 채용될 수 있다.
한편, 다시 도 4를 참조하면, 상기 배터리 모듈(200)은 버스바 어셈블리(270)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 버스바 어셈블리(270)는 상기 복수의 이차전지(110)를 전기적으로 상호 연결하도록 구성된 적어도 하나 이상의 버스바(272) 및 상기 적어도 하나 이상의 버스바(272)를 외측에 탑재하도록 구성된 적어도 둘 이상의 버스바 프레임(276)을 구비할 수 있다. 상기 적어도 둘 이상의 버스바 프레임(276)은 상기 셀 어셈블리(100)의 좌우 방향의 양측 각각에 구비될 수 있다.
한편, 상기 모듈 하우징(210)은, 상기 셀 어셈블리(100)를 내부에 수납하도록 내부 공간이 형성될 수 있다. 구체적으로, 도 1의 F 방향으로 바라 보았을 때, 상기 모듈 하우징(210)은, 상부 커버(220), 베이스 플레이트(240), 전방 커버(260), 및 후방 커버(250)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 베이스 플레이트(240)는 상기 적어도 둘 이상의 셀 어셈블리(100)를 상부에 탑재하도록 상기 적어도 둘 이상의 셀 어셈블리(100)의 하면 크기보다 큰 면적을 가질 수 있다. 상기 베이스 플레이트(240)는 수평 방향으로 연장된 플레이트 형상일 수 있다.
또한, 상기 상부 커버(220)는 상벽(224) 및 상기 상벽(224)으로부터 하부 방향으로 연장된 측벽(226)을 구비할 수 있다. 상기 상벽(224)은 상기 셀 어셈블리(100)의 상부를 커버하도록 수평 방향으로 연장된 플레이트 형상일 수 있다. 상기 측벽(226)은 상기 셀 어셈블리(100)의 좌우 방향의 양 측부를 커버하도록 상기 상벽(224)의 좌우 방향의 양 단부로부터 하부 방향으로 연장된 플레이트 형상일 수 있다.
그리고, 상기 측벽(226)은 상기 베이스 플레이트(240)의 일부위와 결합될 수 있다. 예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 상부 커버(220)는 전후 좌우 방향으로 연장된 플레이트 형상을 가진 상벽(224)을 구비할 수 있다. 상기 상부 커버(220)는 상기 상벽(224)의 좌우 방향의 양 단부 각각으로부터 하부 방향으로 연장된 2개의 측벽(226)이 구비될 수 있다. 나아가, 상기 2개의 측벽(226) 각각의 하단부는 상기 베이스 플레이트(240)의 좌우 방향의 양 단부와 결합되도록 구성될 수 있다. 이때, 결합 방식은 암수 결합 방식 또는 용접 결합 방식일 수 있다.
더욱이, 상기 전방 커버(260)는 상기 복수의 이차전지(110)의 전방을 커버하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 전방 커버(260)는 복수의 이차전지(110)의 전면의 크기 보다 큰 크기의 플레이트를 가질 수 있다. 상기 플레이트는 상하 방향으로 세워진 형태일 수 있다.
또한, 상기 후방 커버(250)는 상기 셀 어셈블리(100)의 후방을 커버하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 후방 커버(250)는 복수의 이차전지(110)의 후면의 크기 보다 큰 크기의 플레이트 형상을 가질 수 있다.
그리고, 상기 모듈 하우징(210)은 상기 모듈 하우징(210) 내부에 위치하고 상기 셀 어셈블리(100)로부터 발생된 가스가 외부로 배출되도록 구성된 가스 통로(211)가 구비될 수 있다. 즉, 상기 모듈 하우징(210)은 상기 셀 어셈블리(100)로부터 발생된 가스가 유통되도록 가스 통로(211)가 구비될 수 있다. 여기서, 상기 가스 통로(211)는 외부와 연통되도록 전후 방향으로 길게 연장된 공간일 수 있다. 상기 가스 통로(211)는 상기 셀 어셈블리(100)의 좌우 방향의 일측 또는 양측에 구비될 수 있다.
더욱이, 상기 가스 통로(211)는 상기 셀 어셈블리(100)의 상부 또는 하부와 상기 모듈 하우징(210)과의 사이 공간이 될 수 있다. 즉, 상기 배터리 모듈(200) 내부에 수납된 셀 어셈블리(100)에서 발생된 가스는, 상기 셀 어셈블리(100)의 상부 또는 하부에 위치한 가스 통로(211)를 통해 상기 셀 어셈블리(100)의 좌우 방향의 양측으로 이동하고, 다시, 상기 가스 통로(211)의 끝단에 형성되고 배터리 모듈(200)의 외부와 연통되도록 천공된 다수의 가스 배출구(212)를 통해 배출될 수 있다.
또한, 상기 적어도 둘 이상의 배터리 모듈(200) 각각의 후방에 위치한 후방 커버(250)에는 상기 소화제가 투입되도록 구성된 투입구(264)가 구비될 수 있다. 상기 투입구(264)는 상기 가스 통로(211)와 연통되도록 위치될 수 있다. 즉, 상기 투입구(264)는 상기 셀 어셈블리(100)를 중심으로 좌우 방향의 양측에 위치한 가스 통로(211)와 연통되도록 구성될 수 있다. 상기 적어도 둘 이상의 배터리 모듈(200) 각각의 후방에 위치한 후방 커버(250)에는 상기 소화제가 투입되도록 구성된 투입구(264)가 구비될 수 있다. 상기 투입구(264)는 상기 가스 통로(211)와 연통되도록 위치될 수 있다. 즉, 상기 투입구(264)는 상기 셀 어셈블리(100)를 중심으로 좌우 방향의 양측에 위치한 가스 통로(211)와 연통되도록 구성될 수 있다.
다시 도 1 내지 도 3과 함께, 도 5를 참조하면, 상기 제1 소화 유닛(301)은, 제1 화재 감지 센서(311), 제1 소화 탱크(321), 제1 배관(330), 및 제1 밸브(343)를 구비할 수 있다.
또한, 상기 제1 화재 감지 센서(311)는 상기 적어도 하나 이상의 배터리 모듈(200)의 온도가 소정 온도 이상이 되거나 또는 상기 적어도 하나 이상의 배터리 모듈(200)에서 연기가 발생될 때 이를 감지하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 화재 감지 센서(311)는, 온도 감지 센서, 및 연기 감지 센서(도시하지 않음)를 구비할 수 있다. 상기 온도 감지 센서는, 선형 온도 감지 센서(360)일 수 있다.
예를 들면, 상기 선형 온도 감지 센서(360)는 2개의 전선에 피복되어진 열감지 물질이 기준 온도 이상의 온도가 되었을 때, 용융되어 2개의 전선의 단락을 일으켜, 화재 또는 과열 신호를 발하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 열감지 물질은 섭씨 70도 이상 내지 섭씨 100도에서 용융되는 열가소성 수지일 수 있다. 예를 들면, 상기 열가소성 수지는 폴리에스테르 수지, 또는 아크릴 수지일 수 있다. 추가적으로, 상기 선형 온도 감지 센서(360)는 상기 열감지 물질을 감싸도록 구성된 절연성 피복제를 더 구비할 수 있다. 상기 피복제는 폴리염화비닐을 구비할 수 있다.
또한, 상기 선형 온도 감지 센서(360)는 일방향으로 배열된 적어도 둘 이상의 배터리 모듈(200)을 따라 선형 연장된 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 팩(400)은 상하 방향으로 배열된 상기 8개의 배터리 모듈(200)을 구비할 수 있다. 상기 선형 온도 감지 센서(360)는 일단이 제1 제어부(351)에 연결되고, 상기 상하 방향으로 배열된 상기 8개의 배터리 모듈(200)을 따라 연장되며, 타단이 종단부의 저항체(365)와 연결되도록 구성될 수 있다. 이때, 상기 선형 온도 감지 센서(360)를 부분적으로 위치를 고정시키기 위해 브라켓(도시하지 않음) 및 고정 버클(도시하지 않음)을 사용할 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 제1 화재 감지 센서(311)는, 적어도 둘 이상의 배터리 모듈(200)을 따라 선형 온도 감지 센서(360)를 구비함으로써, 배터리 팩(400)의 제조 비용을 줄일 수 있다.
즉, 종래기술에서 복수의 온도 센서를 적용할 경우, 복수의 온도 센서 및 상기 복수의 온도 센서를 연결을 위한 별도의 신호 와이어가 필요한 바, 자재 비용이 크고 설치 작업이 길어져 제조 비용을 상승시키는 요인이 되었다. 이에 반해, 본 발명의 배터리 팩(400)은 오직 하나의 선형 온도 감지 센서(360)를 이용하여, 복수의 배터리 모듈(200)의 온도 감지가 가능하고, 별도의 신호 와이어가 불필요하며 가볍고 유연하여 설치가 용이하여 배터리 팩(400)의 제조 비용을 크게 줄일 수 있다.
더욱이, 상기 선형 온도 감지 센서(360)는 하나의 배터리 모듈(200)에도 보다 정확한 온도 센싱을 위해 다중 포인트를 설정하기 용이하다. 이에 따라, 본 발명은 배터리 모듈(200)의 화재 발생을 감지하는 것에 대한 실패율을 크게 줄일 수 있다.
그리고, 상기 연기 감지 센서는 상하 방향으로 적층된 상기 적어도 둘 이상의 배터리 모듈(200)의 최 상부에 위치될 수 있다. 즉, 배터리 모듈(200)의 화재가 발생할 경우, 발생된 가스는 상부 방향으로 이동될 수 있으므로, 상기 적어도 둘 이상의 배터리 모듈(200)의 최 상부에 위치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 연기 감지 센서는 연기를 감지할 경우, 상기 제1 소화 유닛(301)의 제1 제어부(351)에서 신호를 전송하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 제1 소화 탱크(321)는, 내부에 소화제(보이지 않음)가 수용될 수 있다. 예를 들면, 상기 소화제는, 탄산칼륨과 같은 무기염의 농후(濃厚)용액, 화학포, 공기포, 이산화탄소, 또는 물일 수 있다. 또한, 상기 제1 소화 탱크(321)는 소화제를 적절한 압력으로 분사 내지 상기 제1 배관(330)을 따라 이동시키기 위해 압축 가스를 내부에 구비할 수 있다.
예를 들면, 상기 제1 소화 탱크(321)의 용량은 59 L일 수 있고, 상기 압축 가스는 8 bar의 질소일 수 있으며, 상기 소화제는 40 L의 물일 수 있다. 여기서, 소화제로 물을 사용할 경우, 상기 배터리 모듈(200)의 내부에 분무로 했을 때는 소화 냉각 효과와 함께 열차단작용이 있기 때문에 특히, 열폭주로 인한 고온의 가스 및 화염이 발생된 경우, 열 전파(Thermal Propagation)를 방지하는데 효과적이다. 이로 인해, 복수의 배터리 모듈(200) 사이로 화재나 열폭주가 전파되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 상기 제1 배관(330)은, 상기 제1 소화 탱크(321)로부터 상기 적어도 둘 이상의 배터리 모듈(200) 각각으로 상기 소화제를 공급하도록 연결되도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 배관(330)은 물에 부식되지 않은 소재를 구비할 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 배관(330)은 스테인리스 스틸을 구비할 수 있다. 상기 제1 배관(330)은 일단이 상기 제1 소화 탱크(321)의 토출구(321a)와 연결되도록 구성될 수 있다. 상기 제1 배관(330)은 타단은 상기 적어도 둘 이상의 배터리 모듈(200) 각각의 내부까지 연장된 형태를 가질 수 있다.
예를 들면, 상기 제1 배관(330)은, 상기 제1 소화 탱크(321)의 소화제가 토출되는 토출구(321a)와 연결된 공통 배관(333), 및 상기 공통 배관(333)으로부터 상기 적어도 둘 이상의 배터리 모듈(200) 각각에 연결되도록 분배된 구조의 분배 배관(336)을 구비할 수 있다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1 배관(330)은 상기 제1 소화 탱크(321)의 토출구(321a)와 연결된 하나의 공통 배관(333), 및 상기 공통 배관(333)으로부터 분지된 8개의 분배 배관(336)을 구비할 수 있다. 그리고, 상기 8개의 분배 배관(336)은 8개의 배터리 모듈(200)과 연결되도록 구성될 수 있다.
더욱이, 상기 제1 밸브(343)는, 상기 배터리 모듈(200)의 내부 가스(공기)가 소정 온도 이상으로 상승할 경우, 상기 제1 소화 탱크(321)로부터 상기 소화제가 상기 배터리 모듈(200)의 내부로 공급되도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 제1 밸브(343)는 소정 온도 이상의 배터리 모듈(200) 내부로 상기 소화제가 주입될 수 있도록 출구가 개방되도록 구성된 수동형 밸브(도시하지 않음)를 구비할 수 있다. 예를 들면, 상기 수동형 밸브는 상기 배터리 모듈(200)의 내부 온도가 소정 온도 이상일 경우, 일부 구성이 변형되어 출구가 열리도록 구성될 수 있다. 더욱이, 상기 수동형 밸브는 상기 온도가 상승된 내부 가스의 열에 의해 일부 내부 구성이 변형되어 출구가 개방되도록 구성될 수 있다. 여기서, '소정 온도'는 예를 들면, 섭씨 100도 이상일 수 있다.
한편, 상기 제2 소화 유닛(302)은, 제2 화재 감지 센서(313), 소화제 공급부(325), 및 제2 밸브(348)를 구비할 수 있다.
먼저, 상기 제2 화재 감지 센서(313)는, 상기 적어도 하나 이상의 배터리 모듈(200)의 온도가 소정 온도 이상이 되거나 또는 상기 적어도 하나 이상의 배터리 모듈(200)에서 연기가 발생될 때 이를 감지하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 상기 제2 화재 감지 센서(313)는 온도 감지 센서, 및 연기 감지 센서를 구비할 수 있다. 상기 온도 감지 센서는, 선형 온도 감지 센서(360)일 수 있다. 상기 선형 온도 감지 센서(360)는 제1 소화 유닛(301)의 상기 선형 온도 감지 센서(360)와 동일한 구성일 수 있다. 상기 선형 온도 감지 센서(360)는 상기 배터리 모듈(200)에 접촉되도록 구비될 수 있다. 그 외, 상기 선형 온도 감지 센서(360)는 제1 소화 유닛(301)의 선형 온도 센서와 동일한 구성임으로, 자세한 설명은 생략한다.
그리고, 상기 연기 감지 센서는, 상기 적어도 둘 이상의 배터리 모듈(200)에서 배출된 연기를 감지하도록 구성될 수 있다. 그 외, 상기 연기 감지 센서는 제1 소화 유닛(301)의 연기 감지 센서와 동일한 구성일 수 있다.
또한, 상기 소화제 공급부(325)는, 상기 제2 배관(338)을 통해 상기 제1 배관(330)으로 소화제가 공급되도록 구성될 수 있다. 상기 소화제 공급부(325)는 상기 제2 배관(338)의 타단과 연결될 수 있다.
더욱이, 상기 제2 배관(338)은, 일단이 상기 제1 배관(330)과 연결되도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 제2 배관(338)은 물에 부식되지 않은 소재를 구비할 수 있다. 예를 들면, 상기 제2 배관(338)은 스테인리스 스틸을 구비할 수 있다. 상기 제2 배관(338)은 일단이 상기 제2 소화 탱크(325a)의 입구(325a1)와 연결되도록 구성될 수 있다. 상기 제2 배관(338)은 타단은 상기 적어도 둘 이상의 배터리 모듈(200) 각각의 내부까지 연장된 제1 배관(330)과 연결될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명의 배터리 팩(400)은, 제1 소화 유닛(301)과 별도로 제2 소화 유닛(302)을 더 포함함으로써, 제1 소화 유닛(301)의 불량 내지 오작동으로 인해, 상기 제1 소화 유닛(301)을 통해 배터리 모듈(200)의 소화가 이루어지지 않더라도, 별도의 제2 소화 유닛(302)을 사용해 추가적인 소화를 실시할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 배터리 모듈(200)은, 2중 소화 실시를 통해 안전성을 극대화 시킬 수 있다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 구성인 제2 소화 탱크를 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 5와 함께 도 6을 참조하면, 상기 소화제 공급부(325)는, 제2 소화 탱크(325a)를 구비할 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 소화 탱크(325a)는, 내부에 소화제(보이지 않음)가 수용될 수 있다. 예를 들면, 상기 소화제는, 탄산칼륨과 같은 무기염의 농후(濃厚)용액, 화학포, 공기포, 이산화탄소, 또는 물일 수 있다. 또한, 상기 제2 소화 탱크(325a)는 소화제를 적절한 압력으로 분사될 수 있다.
예를 들면, 상기 제2 소화 탱크(325a)의 용량은 1000 리터일 수 있다. 상기 제2 소화 탱크(325a)는 상기 배터리 모듈(200) 보다 지대가 높은 곳에 배치될 수 있다. 즉, 상기 제2 소화 탱크(325a)는 위치 에너지를 이용해 내부에 수용된 소화제를 상기 배터리 모듈(200)로 송부할 수 있다. 상기 소화제는 물일 수 있다. 여기서, 소화제로 물을 사용할 경우, 상기 배터리 모듈(200)의 내부에 분무로 했을 때는 소화 냉각 효과와 함께 열차단 작용이 있기 때문에 특히, 열폭주로 인한 고온의 가스 및 화염이 발생된 경우, 열 전파(Thermal Propagation)를 방지하는데 효과적이다. 이로 인해, 복수의 배터리 모듈(200) 사이로 화재나 열폭주가 전파되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 소화제 공급부(325)는 내부에 소화제가 수용된 제2 소화 탱크(325a)를 구비함으로써, 상기 제1 소화 탱크(321) 보다 고용량의 소화제를 상기 배터리 모듈(200)로 공급할 수 있어, 소화제 부족으로 인해서 화재를 진압할 수 없는 것을 방지할 수 있다.
도 7은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 구성인 소화전을 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 5와 함께 도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 소화제 공급부(325)는, 외부에서 수돗물을 공급하도록 구성된 소화전(325b)을 구비할 수 있다. 상기 소화전(325b)의 출구는 상기 제2 배관(338)의 타단과 연결되도록 구성될 수 있다.
도 6의 실시예와 같이, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 소화제 공급부(325)는, 소화 탱크 대신에 소화전(325b)을 구비함으로써, 상기 제2 소화 탱크와 비교할 경우, 유지 비용이 적어 경제적이다.
한편, 다시 도 1 내지 도 5를 참조하면, 상기 제1 소화 유닛(301)은 제1 제어부(351)를 구비할 수 있다. 상기 제1 제어부(351)는 상기 제1 화재 감지 센서(311)로부터 전달 받은 신호에 따라 상기 제1 밸브(343)의 개폐를 제어하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 제어부(351)는 제1 화재 감지 센서(311)로부터 소정 온도 이상의 온도가 감지될 경우, 상기 제1 밸브(343)가 개방되도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 제어부(351)는 상기 제1 밸브(343)를 제어하는 신호를 송신할 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 화재 감지 센서(311)는 상기 제1 제어부(351)와 전기적인 신호를 송수신할 수 있는 와이어를 사용해 상기 제1 제어부(351)와 연결될 수 있다.
한편, 다시 도 1 내지 도 5를 참조하면, 상기 제2 소화 유닛(302)은 제2 제어부(355)를 구비할 수 있다. 상기 제2 제어부(355)는 상기 제2 화재 감지 센서(313)로부터 전달 받은 신호에 따라 상기 제2 밸브(348)의 개폐를 제어하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 상기 제2 제어부(355)는 제2 화재 감지 센서(313)로부터 소정 온도 이상의 온도가 감지될 경우, 상기 제2 밸브(348)가 개방되도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 제2 제어부(355)는 상기 제2 밸브(348)를 제어하는 신호를 송신할 수 있도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 제2 화재 감지 센서(313)는 상기 제2 제어부(355)와 전기적인 신호를 송수신할 수 있는 와이어를 사용해 상기 제2 제어부(355)와 연결될 수 있다.
예를 들면, 상기 제1 제어부(351)는, 상기 제1 화재 감지 센서(311)가 배터리 모듈(200)에 소정 온도 이상의 온도를 감지하거나, 또는 연기를 감지하여, 상기 제1 화재 감지 센서(311)로부터 화재 신호를 전달 받은 경우, 화재 신호를 상기 제2 제어부(355)로 전송하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 제2 제어부(355)는, 상기 제1 제어부(351)로부터 화재 신호를 받은 이후, 소정 시간이 경과하여도, 상기 제2 화재 감지 센서(313)가 상기 배터리 모듈(200)이 소정 온도 이상을 유지하고 있는 것으로 감지할 경우, 상기 제2 밸브(348)를 개방하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 소정 시간은 10분일 수 있다. 또한, 상기 소정 온도는 섭씨 200도 이상일 수 있다.
나아가, 상기 제2 제어부(355)는, 사용자가 직접 수동으로 상기 제2 밸브(348)를 개방 시킬 수 있도록 구성된 스위치(355a)를 구비할 수 있다. 즉, 상기 스위치(355a)는 온(on)으로 작동될 경우, 상기 제2 제어부(355)가 상기 제2 밸브(348)를 개방하여, 화재가 발생된 상기 배터리 모듈(200)로 소화제를 공급 시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 제1 소화 유닛(301)은, 상기 제1 화재 감지 센서(311)로부터 전달 받은 신호에 따라 상기 제1 밸브(343)의 개폐를 제어하도록 구성된 제1 제어부(351)를 더 구비하고, 상기 제2 소화 유닛(302)은, 상기 제2 화재 감지 센서(313)로 전달 받은 신호에 따라 상기 제2 밸브(348)의 개폐를 제어하도록 구성된 제2 제어부(355)를 더 구비함으로써, 배터리 모듈(200)의 화재나 열폭주 발생시, 제1 제어부(351)가 오작동 내지 고장으로 인해 상기 제1 밸브(343)를 개폐할 수 없더라도, 상기 제2 제어부(355)가 제2 밸브(348)를 개방 시킬 수 이는 바, 안정적인 소화를 진행할 수 있다.
한편, 다시, 도 1 내 도 5를 참조하면, 상기 제1 배관(330)은 공통 배관(333) 및 분배 배관(336)을 구비할 수 있다.
구체적으로, 상기 공통 배관(333)은, 상기 제1 소화 탱크(321)의 소화제가 토출되는 토출구(321a)와 연결될 수 있다. 또한, 상기 분배 배관(336)은 상기 공통 배관(333)으로부터 상기 적어도 둘 이상의 배터리 모듈(200) 각각에 연결되도록 분배된 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1 배관(330)은 상기 제1 소화 탱크(321)의 토출구(321a)와 연결된 하나의 공통 배관(333), 및 상기 공통 배관(333)으로부터 분지된 8개의 분배 배관(336)을 구비할 수 있다. 그리고, 상기 8개의 분배 배관(336)은 8개의 배터리 모듈(200)과 연결되도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 상기 제1 밸브(343)는 상기 공통 배관(333)을 개폐하도록 상기 공통 배관(333) 중 어느 일부분에 위치할 수 있다. 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 제1 밸브(343)는 상기 공통 배관(333)과 상기 제1 소화 탱크(321) 사이를 연결하도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 제1 밸브(343)는 상기 공통 배관(333)의 시작단에 설치될 수 있다.
또한, 상기 제1 밸브(343)는 상기 제1 제어부(351)에 의해 개폐가 제어되는 능동형 밸브일 수 있다. 더욱 구제적으로, 상기 능동형 밸브는, 예를 들면, 제어 밸브, 전동 밸브, 솔레노이드 밸브, 또는 공압 밸브 등일 수 있다.
더욱이, 상기 능동형 밸브(343)는 상기 제1 소화 탱크(321)로부터 내부 온도가 소정 온도 이상으로 상승된 배터리 모듈(200)로 소화제를 공급하도록 구성될 수 있다. 상기 능동형 밸브(343)는, 배터리 모듈(200)의 내부 온도가 소정 온도 이상이 될 경우, 이를 제1 제어부(351)에서 감지하여 제1 제어부(351)에 의해 능동적으로 개방되도록 구성될 수 있다. 이때, 상기 제1 제어부(351)는 복수의 배터리 모듈(200) 중, 가장 상부에 위치한 배터리 모듈(200) 상에 위치될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명의 배터리 팩(400)은, 제1 밸브(343)를 상기 제1 제어부(351)에 의해 개폐가 제어되는 능동형 밸브로 구성함으로써, 배터리 팩(400)의 화재나, 열폭주 발생시, 소화를 실시할 수 있는 무인 시스템을 구성할 수 있다. 이에 따라, 보다 빠른 소화 능력과 유지 비용을 절감할 수 있다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 제1 소화 유닛의 일부 구성들을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 여기서, 도 8에서는 상기 공통 배관(333), 분배 배관(336), 및 상기 분배 배관(336)의 말단부에 구비된 분배 밸브(310)를 도시하였다.
도 3과 함께, 도 8를 참조하면, 상기 제1 소화 유닛(301)은 상기 분배 배관(336)을 개폐하도록 상기 분배 배관(336) 중 어느 일부분에 위치한 분배 밸브(310)를 더 구비할 수 있다. 상기 분배 밸브(310)는 내부 구성인 유리 벌브(312)가 상기 모듈 하우징(210)의 내부의 가스 통로(211)의 일부분에 위치될 수 있다. 예를 들면, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 분배 밸브(310)는 상기 배터리 모듈(200)을 향하여 돌출되어 배치될 수 있다. 상기 분배 밸브(310)는 적어도 일부분이 상기 배터리 모듈(200)의 후방에서 상기 모듈 하우징(210)의 내부로 삽입될 수 있다. 예를 들면, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 분배 밸브(310)의 유리 벌브(312) 및 분산부(317)는 상기 가스 통로(211)의 후단에 위치되도록 상기 투입구(264)를 통해 삽입될 수 있다.
또한, 상기 분배 밸브(310)는 수동형 밸브일 수 있다. 예를 들면, 상기 수동형 밸브는 상기 배터리 모듈(200)의 내부 온도가 소정 온도 이상일 경우, 일부 구성이 변형되어 출구가 열리도록 구성될 수 있다. 더욱이, 상기 수동형 밸브는 상기 온도가 상승된 내부 가스의 열에 의해 일부 내부 구성이 변형되어 출구가 개방되도록 구성될 수 있다. 여기서, '소정 온도'는 예를 들면, 섭씨 100도 이상일 수 있다.
구체적으로, 상기 분배 밸브(310)는 상기 모듈 하우징(210) 내부로 삽입될 수 있다. 이때, 상기 가스 통로(211) 후단에 공급된 소화제는 상기 가스 통로(211)의 전방으로 이동하고 일부는 셀 어셈블리(100)를 통과하여 이동하게 된다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명의 분배 밸브(310)는, 상기 배터리 모듈(200)의 온도가 소정 온도 이상으로 상승할 경우, 일부 내부 구성이 변형되어 출구가 개방되도록 구성된 수동형 밸브로 구성 시킴으로써, 별도의 제1 제어부(351)의 밸브 제어 없이도 온도 변화에 반응 하여, 배터리 모듈(200)의 열폭주나, 화재에 대한 빠른 소화능력을 발휘할 수 있다. 즉, 배터리 관리 시스템의 오작동 되더라도, BMS 제어없이, 소화 밸브에 의해 열폭주나 화재에 대한 안정적인 소화가 이루어질 수 있어, 배터리 팩(400)의 안전성을 효과적으로 높일 수 있다.
도 9는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 구성인 분배 밸브를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 3 및 도 8과 함께 도 9를 참조하면, 상기 분배 밸브(310)는 평소에는 출구(315a)를 밀폐하도록 구성되되 상기 배터리 모듈(200)의 소정 온도 이상의 내부 가스에 노출될 경우 적어도 일부분이 파손됨으로써, 상기 출구(315a)를 개방하도록 구성된 유리 벌브(312)(bulb)를 구비할 수 있다.
또한, 상기 유리 벌브(312)는 내부에 수용된 소정의 액체(보이지 않음)를 구비할 수 있다. 예를 들면, 상기 액체는 온도가 상승할 수록 부피가 커지는 성질을 가질 수 있다. 상기 유리 벌브(312)는 상기 분배 밸브(310)의 유체가 흐르는 통로(출구)를 밀폐하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 유리 벌브(312)는 소정 온도 예를 들면, 섭씨 70도 내지 섭씨 100도 이상에서 상기 소정의 액체의 부피 팽창에 의해 깨지도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 액체는 물일 수 있다. 즉, 상기 분배 밸브(310)는, 상기 배터리 모듈(200)의 내부에 위치될 경우, 상기 배터리 모듈(200)의 내부 온도가 소정 온도 이상으로 상승 시, 분배 밸브(310)의 소화제가 흐르는 통로를 막고 있던 유리 벌브(312)가 적어도 일부분이 파손됨으로써 상기 분배 밸브(310)의 출구(315a)가 열리도록 구성될 수 있다. 더욱이, 상기 분배 밸브(310)는 상기 출구(315a)로부터 배출되는 소화제를 사방으로 분산시키도록 구성된 분산부(317)를 더 구비할 수 있다. 상기 분산부(317)는 상기 출구(315a)로부터 배출되는 소화제를 분산시키도록 구성될 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 분배 밸브(310)는 탑부(315), 및 연결부(316)를 구비할 수 있다.
상기 탑부(315)는 밸브의 출구(315a)가 형성되고 상기 출구(315a)가 상기 유리 벌브(312)의 일단부에 의해 밀폐되도록 구성된 관형 태를 가질 수 있다. 이때, 관형은 유리 벌브(312)가 위치한 방향으로 연속적으로 관경이 좁아진 형태를 가질 수 있다.
상기 연결부(316)는 상기 유리 벌브(312)를 커버하도록 상기 탑부(315)로부터 상기 유리 벌브(312)의 측부로 연장되고 상기 유리 벌브(312)의 타단부를 고정하도록 상기 탑부(315)로부터 두 팔(316a)이 일방향으로 연장되어 다시 가운데로 모아진 형태를 가질 수 있다. 이때, 상기 연결부(316)의 두 팔이 모아진 부분에 상기 유리 벌브(312)의 타단부가 위치될 수 있다.
나아가, 상기 분산부(317)는 상기 분산 돌기(317a)를 구비할 수 있다. 상기 분산 돌기(317a)는 상기 출구(315a)로부터 배출된 소화재가 분산 이동하도록 분산부(317)의 몸체의 단부로부터 수평 방향으로 복수개로 일정 간격으로 나눠져 연장된 형태를 가질 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명의 분배 밸브(310)는 상기 출구(315a)를 밀폐하도록 구성되되 상기 배터리 모듈(200)의 소정 온도 이상의 내부 가스에 노출될 경우 적어도 일부분이 파손됨으로써 상기 출구(315a)를 개방하도록 구성된 유리 벌브(312), 및 상기 출구(315a)로부터 배출되는 소화제를 분산시키도록 구성된 분산부(317)를 구비함으로써, 상기 열폭주나 화재가 발생한 배터리 모듈(200)의 고온의 내부 온도에 의해 빠른 응답 속도로 분배 밸브(310)를 개방시킬 수 있다. 더욱이, 상기 분산부(317)가 공급된 소화제를 고르게 분사시킴으로써, 소화 능력을 효과적으로 높일 수 있다.
도 10은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 내부 구성들의 모습을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
다시 도 2 및 도 8과 함께 도 10을 참조하면, 상기 분배 밸브(310)는 유리 벌브(312)가 셀 어셈블리(100)와 모듈 하우징(210)의 측벽(226) 사이에 형성된 상기 가스 통로(211)의 일부분에 위치되도록 구성될 수 있다.
예를 들면, 상기 제1 밸브(343)는 상기 투입구(264)에 삽입되어, 상기 유리 벌브(312)가 상기 셀 어셈블리(100)로부터 발생된 가스에 노출되도록 상기 가스 통로(211)의 일부분에 위치될 수 있다.
즉, 상기 투입구(264)는 상기 가스 통로(211)와 연통되어 있으므로, 상기 제1 밸브(343)의 유리 벌브(312)가 상기 셀 어셈블리(100)로부터 발생된 가스에 노출되도록 상기 투입구(264)에 삽입될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은, 상기 제1 밸브(343)가 적어도 일부분이 상기 유리 벌브(312)가 상기 셀 어셈블리(100)로부터 발생된 가스에 노출되도록 상기 가스 통로(211)의 일부분에 위치됨으로써, 셀 어셈블리(100)가 열폭주가 일어나거나, 화재가 발생할 경우, 가스 통로(211)를 따라 이동하는 고온의 공기나 가스로부터 열전달을 효과적 받을 수 있어, 제1 밸브(343)의 유리 벌브(312)가 빠르게 터져 빠른 소화 대응이 이루어질 수 있다.
한편, 상기 모듈 하우징(210)은, 내부에 가이드 블록(382)을 구비할 수 있다. 상기 가이드 블록(382)은 상기 셀 어셈블리(100)로부터 발생된 가스(G)가 상기 유리 벌브(312)의 노출 부위와 마주하여 흐르도록 유도하는 경사면(382a)을 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 가이드 블록(382)은 평면상으로 삼각형을 가질 수 있다. 예를 들면, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 가스 통로(211)의 전방에서 후방으로 흐르는 고온의 가스(G)를 상기 가이드 블록(382)의 경사면(382a)을 따라 흐르면서 상기 제1 밸브(343)의 유리 벌브(312)가 위치한 방향으로 가스(G)의 흐름을 유도할 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 상기 배터리 모듈(200)은, 상기 셀 어셈블리(100)로부터 발생된 가스(G)가 상기 유리 벌브(312)의 노출 부위와 마주하여 흐르도록 유도하는 경사면 경사면(382a)을 가진 가이드 블록(382)을 구비함으로써, 상기 제1 밸브(343)의 유리 벌브(312)가 연결부(316)에 의해 발생된 고온의 가스(G)와 접촉되는 것을 방해받는 영향을 효과적으로 줄일 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 밸브(343)가 신뢰성 높게 작동할 수 있고, 작동 시간을 효과적으로 줄일 수 있다.
도 11은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 팩의 일부 구성인 분배 밸브의 모습을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 분배 밸브(310A)는, 도 9에 나타낸 분배 밸브(310)와 비교할 경우, 가스 유도대(318)를 더 구비할 수 있다.
즉, 도 11의 나타낸 분배 밸브(310A)는 가스 유도대(318) 구성을 제외한 나머지 구성들은 도 9에 개시된 분배 밸브(310)와 동일하다. 따라서, 본 이후 설명에서는 앞서 이미 설명된 탑부(315), 연결부(316), 및 분산부(317)에 대해 구체적으로 설명하지 않는다.
또한, 상기 가스 유도대(318)는 좀더 많은 양의 고온의 가스(G)가 상기 유리 벌브(312)와 접촉되도록 구성될 수 있다. 상기 가스 유도대(318)는 상기 탑부(315)로부터 상기 분산부(317)가 위치한 방향으로 연장된 형태를 가질 수 있다. 상기 가스 유도대(318)는 좌우 상하 방향 중 적어도 2 이상의 방향으로 벌어진 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 가스 유도대(318)는 상기 탑부(315)의 좌측 및 우측 각각으로부터 상기 분산 돌기(317a)가 위치한 방향으로 연장될 수 있다. 상기 가스 유도대(318)는 상기 탑부(315)로부터 상기 좌우 상하 방향으로 벌어진 구조를 가질 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명의 제1 밸브(343)의 분산부(314A)가 상기 탑부(315)로부터 상기 분산부(317)가 위치한 방향으로 연장되고 좌우 상하 방향 중 적어도 2 이상의 방향으로 벌어진 구조를 가진 가스 유도대(318)를 구비함으로써, 상기 유리 벌브(312) 양측으로 흘러 지나가는 고온의 가스(G)가 곧장 지나치지 않고 상기 유리 벌브(312)가 위치한 방향으로 흐름을 유도할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 밸브(343)의 작동의 신뢰성을 높일 수 있고, 상기 제1 밸브(343)의 작동 시간을 효과적으로 줄일 수 있다.
도 12은, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장 장치를 개략적으로 나타내는 정면도이다.
도 1과 함께 도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙(500)은 적어도 하나 이상의 배터리 모듈(200), 및 팩 BMS(350)을 구비한 배터리 팩(400)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 배터리 랙(500)은, 랙 케이스(510)의 내부 또는 외부에 배터리 관리 장치(Battery Management System; BMS) 등 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다.
상기 랙 케이스(510)는 또한, 상기 배터리 팩(400)의 복수의 배터리 모듈(200)을 상하 방향으로 적층된 형태로 수용하도록 구성될 수 있다. 상기 랙 케이스(510) 내부에서는 배터리 모듈(200)의 하부면이 수평면에 평행한 형태로 탑재될 수 있다.
여기서 수평 방향이란, 상기 배터리 모듈(200)을 지면에 놓았을 때 지면에 평행한 방향을 의미한다고 할 수 있으며, 상하 방향에 수직하는 평면상의 적어도 한 방향이 라고도 할 수 있다.
더욱이, 상기 랙 케이스(510)는 적어도 일측이 개방 가능한 형태로 구성되어, 개방된 측면을 통해 배터리 모듈(200)이 내부 공간으로 인입될 수 있다. 다만, 상기 랙 케이스(510)는, 이러한 개방된 측면이 폐쇄 가능하도록 구성될 수도 있다.
한편, 다시 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장 장치(600)는 상기 배터리 랙(500)을 적어도 둘 이상 포함할 수 있다. 상기 둘 이상의 배터리 랙(500)은 일방향으로 배열되도록 배치될 수 있다. 예를 들면, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 전력 저장 장치(600)는 3개의 배터리 랙(500)이 일방향으로 배열되도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 전력 저장 장치(600)는 3개의 배터리 랙(500)의 충방전을 제어할 수 있는 별도의 중앙 제어부(도시하지 않음)를 구비할 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.
200: 배터리 모듈 100: 셀 어셈블리
110: 이차전지 210: 모듈 하우징
211: 가스 통로 212: 가스 배출구
264: 투입구
301, 302: 제1 소화 유닛, 제2 소화 유닛
311, 313: 제1 화재 감지 센서, 제2 화재 감지 센서
343, 348, 310: 제1 밸브, 제2 밸브, 분배 밸브
321: 재1 소화 탱크 321a: 토출구
325, 325a, 325b: 소화제 공급부, 제2 소화 탱크, 소화전
330, 333, 336: 제1 배관, 공통 배관, 분배 배관
338: 제2 배관
312: 유리 벌브 317: 분산부
315, 316, 317: 탑부, 연결부, 분산부
382: 가이드 블록 318: 가스 유도대
351, 355: 제1 제어부, 제2 제어부
400: 배터리 팩 500: 배터리 랙
510: 랙 케이스
600: 전력 저장 장치

Claims (10)

  1. 적어도 하나 이상의 배터리 모듈;
    상기 적어도 하나 이상의 배터리 모듈의 온도가 소정 온도 이상이 되거나 또는 상기 적어도 하나 이상의 배터리 모듈에서 연기가 발생될 때 이를 감지하도록 구성된 제1 화재 감지 센서, 내부에 소화제가 수용된 제1 소화 탱크, 상기 제1 소화 탱크로부터 상기 적어도 하나 이상의 배터리 모듈로 상기 소화제를 공급하도록 상기 제1 소화 탱크와 상기 적어도 하나 이상의 배터리 모듈을 연결하도록 구성된 제1 배관, 및 상기 제1 배관에 구비되고 상기 적어도 하나 이상의 배터리 모듈의 온도가 소정 온도 이상이 되거나 또는 연기가 발생된 경우 상기 제1 소화 탱크로부터 상기 적어도 하나 이상의 배터리 모듈로 상기 소화제가 공급 가능하도록 개방되는 제1 밸브를 구비한 제1 소화 유닛; 및
    상기 적어도 하나 이상의 배터리 모듈의 온도가 소정 온도 이상이 되거나 또는 상기 적어도 하나 이상의 배터리 모듈에서 연기가 발생될 때 이를 감지하도록 구성된 제2 화재 감지 센서, 일단이 상기 제1 배관과 연결된 제2 배관, 상기 제2 배관을 통해 상기 제1 배관으로 소화제가 공급되도록 상기 제2 배관의 타단과 연결된 소화제 공급부, 및 상기 적어도 하나 이상의 배터리 모듈의 온도가 소정 온도 이상이 되거나 또는 연기가 발생된 경우, 상기 소화제 공급부로부터 상기 소화제를 상기 제2 배관을 통해 상기 제1 배관으로 공급 가능하도록 개방되는 제2 밸브를 구비한 제2 소화 유닛
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소화제 공급부는 내부에 소화제가 수용된 제2 소화 탱크, 또는 외부에서 수돗물을 공급이 가능하고 상기 제2 배관과 연결된 소화전, 또는 상기 제2 소화 탱크 및 상기 소화전을 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 소화 유닛은, 상기 제1 화재 감지 센서로부터 전달 받은 신호에 따라 상기 제1 밸브의 개폐를 제어하도록 구성된 제1 제어부를 더 구비하고,
    상기 제2 소화 유닛은, 상기 제2 화재 감지 센서로 전달 받은 신호에 따라 상기 제2 밸브의 개폐를 제어하도록 구성된 제2 제어부를 더 구비하고,
    상기 제1 제어부는, 상기 제1 화재 감지 센서로부터 화재 신호를 전달 받은 경우, 화재 신호를 상기 제2 제어부로 전송하고,
    상기 제2 제어부는, 상기 제1 제어부로부터 화재 신호를 받은 이후, 소정 시간이 경과하여도, 상기 제2 화재 감지 센서로부터 상기 배터리 모듈이 소정 온도 이상을 유지하는 것이 감지될 경우, 상기 제2 밸브를 개방하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 배관은,
    상기 제1 소화 탱크의 소화제가 토출되는 토출구와 연결된 공통 배관; 및
    상기 배터리 모듈이 적어도 둘 이상 구비될 경우, 상기 공통 배관으로부터 상기 적어도 둘 이상의 배터리 모듈 각각에 연결되도록 분배된 구조의 분배 배관
    을 구비하고,
    상기 제1 밸브는 상기 공통 배관을 개폐하도록 상기 공통 배관 중 어느 일부분에 위치하고,
    상기 제1 밸브는 상기 제1 제어부에 의해 개폐가 제어되는 능동형 밸브인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 소화 유닛은 상기 분배 배관을 개폐하도록 상기 분배 배관 중 어느 일부분에 위치한 분배 밸브를 더 구비하고,
    상기 분배 밸브는, 상기 배터리 모듈의 온도가 소정 온도 이상으로 상승할 경우, 일부 내부 구성이 변형되어 출구가 개방되도록 구성된 수동형 밸브인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 분배 밸브는,
    출구를 밀폐하도록 구성되되 상기 배터리 모듈의 소정 온도 이상의 내부 가스에 노출될 경우 적어도 일부분이 파손됨으로써 상기 출구를 개방하도록 구성된 유리 벌브; 및
    상기 출구로부터 배출되는 소화제를 분산시키도록 구성된 분산부
    를 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은 복수의 이차전지를 가진 적어도 하나 이상의 셀 어셈블리, 상기 적어도 하나 이상의 셀 어셈블리를 수용할 수 있는 내부 공간을 가진 모듈 하우징을 구비하고,
    상기 모듈 하우징은 내부에 상기 셀 어셈블리로부터 발생된 가스가 외부로 배출되도록 구성된 가스 통로가 구비되며,
    상기 분배 밸브의 유리 벌브가 상기 가스 통로의 일부분에 위치된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 분배 밸브는, 상기 셀 어셈블리로부터 발생된 가스가 상기 유리 벌브와 접촉되도록 유도하는 가스 유도대를 더 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩, 및 상기 배터리 팩을 수용하는 랙 케이스를 포함한 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  10. 제9항에 따른 배터리 랙을 적어도 둘 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 시스템.
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