KR20210113481A - 신속한 냉각이 가능한 구조를 갖는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 ess - Google Patents

신속한 냉각이 가능한 구조를 갖는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 ess Download PDF

Info

Publication number
KR20210113481A
KR20210113481A KR1020200027899A KR20200027899A KR20210113481A KR 20210113481 A KR20210113481 A KR 20210113481A KR 1020200027899 A KR1020200027899 A KR 1020200027899A KR 20200027899 A KR20200027899 A KR 20200027899A KR 20210113481 A KR20210113481 A KR 20210113481A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery module
module
module housing
battery
sprinkler
Prior art date
Application number
KR1020200027899A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102648382B1 (ko
Inventor
김승현
정지원
배경현
신진규
이진규
Original Assignee
주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지에너지솔루션 filed Critical 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority to KR1020200027899A priority Critical patent/KR102648382B1/ko
Priority to CN202180004662.4A priority patent/CN114175362A/zh
Priority to PCT/KR2021/002710 priority patent/WO2021177760A1/ko
Priority to AU2021231264A priority patent/AU2021231264A1/en
Priority to EP21764340.2A priority patent/EP3993140B1/en
Priority to US17/766,925 priority patent/US20240088469A1/en
Priority to JP2021572923A priority patent/JP7210782B2/ja
Publication of KR20210113481A publication Critical patent/KR20210113481A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102648382B1 publication Critical patent/KR102648382B1/ko

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62C—FIRE-FIGHTING
    • A62C3/00—Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places
    • A62C3/16—Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places in electrical installations, e.g. cableways
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62C—FIRE-FIGHTING
    • A62C2/00—Fire prevention or containment
    • A62C2/06—Physical fire-barriers
    • A62C2/065—Physical fire-barriers having as the main closure device materials, whose characteristics undergo an irreversible change under high temperatures, e.g. intumescent
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62C—FIRE-FIGHTING
    • A62C2/00—Fire prevention or containment
    • A62C2/06—Physical fire-barriers
    • A62C2/12—Hinged dampers
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62C—FIRE-FIGHTING
    • A62C37/00—Control of fire-fighting equipment
    • A62C37/08—Control of fire-fighting equipment comprising an outlet device containing a sensor, or itself being the sensor, i.e. self-contained sprinklers
    • A62C37/10—Releasing means, e.g. electrically released
    • A62C37/11—Releasing means, e.g. electrically released heat-sensitive
    • A62C37/12—Releasing means, e.g. electrically released heat-sensitive with fusible links
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62C—FIRE-FIGHTING
    • A62C37/00—Control of fire-fighting equipment
    • A62C37/08—Control of fire-fighting equipment comprising an outlet device containing a sensor, or itself being the sensor, i.e. self-contained sprinklers
    • A62C37/10—Releasing means, e.g. electrically released
    • A62C37/11—Releasing means, e.g. electrically released heat-sensitive
    • A62C37/14—Releasing means, e.g. electrically released heat-sensitive with frangible vessels
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/627—Stationary installations, e.g. power plant buffering or backup power supplies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/64—Heating or cooling; Temperature control characterised by the shape of the cells
    • H01M10/647—Prismatic or flat cells, e.g. pouch cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6561—Gases
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6561—Gases
    • H01M10/6562—Gases with free flow by convection only
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6567—Liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/14—Primary casings; Jackets or wrappings for protecting against damage caused by external factors
    • H01M50/143—Fireproof; Explosion-proof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/211—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for pouch cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/233—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions
    • H01M50/24—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions adapted for protecting batteries from their environment, e.g. from corrosion
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/251—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders specially adapted for stationary devices, e.g. power plant buffering or backup power supplies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/258—Modular batteries; Casings provided with means for assembling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/375—Vent means sensitive to or responsive to temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/383—Flame arresting or ignition-preventing means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H01M50/507—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing comprising an arrangement of two or more busbars within a container structure, e.g. busbar modules
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
    • H01M2200/10—Temperature sensitive devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/10—Batteries in stationary systems, e.g. emergency power source in plant
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀을 포함하는 셀 적층체 및 상기 셀 적층체의 일 측과 타 측에 각각 결합되는 한 쌍의 버스바 프레임을 포함하는 서브 모듈; 상기 서브 모듈을 수용하며, 공기의 순환을 위해 형성된 에어 인렛 및 에어 아웃렛을 구비하는 모듈 하우징; 상기 셀 적층체의 적층 방향 일 측에서 상기 모듈 하우징을 관통하는 스프링클러; 및 상기 스프링클러를 통해 상기 모듈 하우징 내부로 유입된 냉각수로 인한 부력에 의해 움직여 상기 에어 아웃렛을 폐쇄하는 아웃렛 폐쇄 장치; 를 포함한다.

Description

신속한 냉각이 가능한 구조를 갖는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 ESS{Battery module having a structure capable of rapid cooling and the Energy Storage System comprising the same}
본 발명은, 신속한 냉각이 가능한 구조를 갖는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 ESS에 관한 것이다. 본 발명은, 좀 더 구체적으로는, 배터리 모듈 내에서 벤팅 가스가 유출되고 이로 인해 스프링클러가 작동하였을 때, 소화 및 냉각을 위한 냉각 유체(예: 냉각수)의 수위가 빠르게 상승할 수 있도록 할 수 있는 구조를 갖는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 ESS에 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 이차전지를 포함하는 배터리 모듈에 대한 수요가 증가하고 있다.
또한, 이러한 배터리 모듈은, 복수의 이차전지를 외부 충격으로부터 보호하거나 수납 보관하기 위해서 금속 재질의 외부 하우징을 구비하는 것이 일반적이었다. 한편, 최근 고용량의 배터리 모듈의 수요가 높아지고 있다.
이러한 고용량의 배터리 모듈의 경우, 내부의 배터리 셀 중 적어도 일부에서 벤팅(venting)이 발생되어 배터리 모듈 내부의 온도가 상승하는 경우 큰 피해를 일으킬 수 있다. 즉, 고용량의 배터리 모듈은, 내부의 온도 증가에 따라 열폭주 현상이 발생되는 경우, 온도가 급격히 상승할 수 있고, 이에 따라 큰 규모의 발화 및/또는 폭발을 일으킬 수 있다.
이에 따라, 배터리 모듈 내에서 배터리 셀의 벤팅에 따른 비정상적인 온도 상승이 일어나는 경우, 즉각적인 조치를 취할 수 있도록 빠르고 완전한 소화 기술을 개발하는 것이 필요한 실정이다.
본 발명은, 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 배터리 모듈 내에서 벤팅 가스가 유출되고 이로 인해 스프링클러가 작동하였을 때, 소화 및 냉각을 위한 냉각 유체(예: 냉각수)의 수위가 빠르게 상승할 수 있도록 하여 신속한 소화 및 냉각이 가능하도록 하는 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 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀을 포함하는 셀 적층체 및 상기 셀 적층체의 일 측과 타 측에 각각 결합되는 한 쌍의 버스바 프레임을 포함하는 서브 모듈; 상기 서브 모듈을 수용하며, 공기의 순환을 위해 형성된 에어 인렛 및 에어 아웃렛을 구비하는 모듈 하우징; 상기 셀 적층체의 적층 방향 일 측에서 상기 모듈 하우징을 관통하는 스프링클러; 및 상기 스프링클러를 통해 상기 모듈 하우징 내부로 유입된 냉각수로 인한 부력에 의해 움직여 상기 에어 아웃렛을 폐쇄하는 아웃렛 폐쇄 장치; 를 포함한다.
상기 아웃렛 폐쇄 장치는, 상기 모듈 하우징의 내측면 상에 형성되는 고정 바; 상기 고정 바에 힌지 결합되는 밀폐 도어; 및 상기 밀폐 도어에 부착되는 부력 부재; 를 포함할 수 있다.
상기 고정 바는, 적어도 2 이상의 가이드 홈을 구비하고, 상기 밀폐 도어는, 상기 가이드 홈의 개수에 대응되는 개수의 슬라이딩 볼을 구비하며, 상기 슬라이딩 볼은 상기 가이드 홈에 삽입되어 상기 가이드 홈의 연장 방향을 따라 그 움직임이 가이드 될 수 있다.
상기 가이드 홈은, 상기 에어 아웃렛을 향하는 방향을 따라 상향 경사진 형태를 가질 수 있다.
상기 에어 아웃렛은, 상기 모듈 하우징을 관통하여 형성된 복수의 홀을 포함하며, 상기 밀폐 도어는, 상기 홀과 대응되는 형상 및 사이즈를 갖는 복수의 삽입 돌기를 구비할 수 있다.
상기 배터리 모듈은, 상기 에어 인렛의 내측에 배치되며, 상기 배터리 모듈 내로 유입된 냉각 유체와의 접촉에 따라 팽창하여 상기 에어 인렛을 적어도 부분적으로 폐쇄하는 팽창 패드를 포함할 수 있다.
상기 팽창 패드는, 상기 모듈 하우징의 내측면 상에 부착될 수 있다.
상기 팽창 패드는, 상기 모듈 하우징의 내측면에 형성된 수용 홈 내에 적어도 일부가 삽입될 수 있다.
상기 배터리 모듈은, 상기 팽창 패드의 양 측에 각각 배치되어 상기 팽창 패드의 팽창을 위한 움직임을 가이드 하는 메쉬 플레이트를 포함할 수 있다.
상기 배터리 모듈은, 상기 모듈 하우징 내의 빈 공간에 배치되어 상기 모듈 하우징 내부의 온도 상승에 따라 열 팽창되는 열 팽창 블록을 포함할 수 있다.
상기 스프링클러는, 상기 모듈 하우징의 외측에 위치하며, 냉각유체를 공급하는 공급관과 연결되는 커플러; 상기 모듈 하우징의 내측에 위치하며, 상기 커플러와 연결되는 스프링클러 헤드; 및 상기 모듈 하우징에 고정되는 고정부 및 접착 층에 의해 상기 고정부와 고정되며 기준 온도 이상에서 상기 접착 층의 접착력이 상실되거나 저하됨에 따라 상기 고정부로부터 분리되는 커버부를 포함하는 절연 커버; 를 포함할 수 있다.
상기 커버부는, 상기 고정부와 힌지 결합되어 상기 기준 온도 이상에서 힌지 결합 부위를 중심으로 상기 스프링클러 헤드의 하방으로 회전하여 개방될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 복수개 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 모듈 내에서 벤팅 가스가 유출되고 이로 인해 스프링클러가 작동하였을 때, 소화 및 냉각을 위한 냉각 유체(예: 냉각수)의 수위가 빠르게 상승할 수 있도록 함으로써 신속한 소화 및 냉각이 가능해진다.
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 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 배터리 모듈의 내부 구조가 나타나도록 도시된 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 내부 구조가 나타나도록 도시된 도면으로서, 본 발명에 적용되는 열 팽창 블록이 나타나도록 도시된 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 내부 구조가 나타나도록 도시된 도면으로서, 본 발명에 적용되는 절연 커버가 개방된 모습을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명에 적용되는 절연 커버를 나타내는 사시도이다.
도 8 내지 도 11은 본 발명에 적용되는 아웃렛 폐쇄 장치를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명에 적용되는 밀폐 도어 및 부력 부재를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 정면의 일부를 나타내는 도면으로서, 배터리 모듈 내에 배치되는 팽창 패드를 나타내는 도면이다.
도 14 내지 도 16은 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 측부에서 바라본 단면의 일부를 나타내는 도면으로서, 배터리 모듈 내에 배치되는 팽창 패드를 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.
먼저, 전체 도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은 복수의 배터리 셀(100), 버스바 프레임(200), 모듈 하우징(300), 에어 인렛(400), 에어 아웃렛(500), 스프링클러(600) 및 아웃렛 폐쇄 장치(700)(도 8 참조)를 포함한다. 또한, 상기 배터리 모듈(1)은, 열 팽창 블록(B) 및/또는 팽창 패드(E)를 추가적으로 더 포함할 수도 있다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 상기 배터리 셀(100)은 복수개가 구비되며, 복수의 배터리 셀(100)들은 적층되어 하나의 셀 적층체를 이룬다. 상기 배터리 셀(100)로는, 예를 들어 파우치 타입의 배터리 셀이 적용될 수 있다. 상기 배터리 셀(100)은, 길이 방향(도면에 도시된 Y축과 나란한 방향) 양 측으로 각각 인출되는 한 쌍의 전극 리드(110)를 구비한다. 한편, 도면에 도시되지는 않았으나, 상기 셀 적층체는, 필요에 따라 서로 인접한 배터리 셀(100) 사이에 구비되는 완충 패드를 더 포함할 수도 있다. 이러한 완충 패든, 셀 적층체를 모듈 하우징(300) 내에 수용시킬 때 셀 적층체가 압축된 상태로 수용될 수 있도록 하며, 이로써 외부 충격에 의한 움직임을 제한할 수 있고, 또한 배터리 셀(100)의 스웰링(swelling) 현상을 억제할 수 있다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 상기 버스바 프레임(200)은, 한 쌍이 구비되며, 각각의 버스바 프레임(200)은, 셀 적층체의 폭 방향(도면에 도시된 Y축과 나란한 방향) 일 측 및 타 측을 커버한다. 상기 배터리 셀(100)의 전극 리드(110)는 버스바 프레임(200)에 형성된 슬릿을 통해 인출되며, 절곡되어 버스바 프레임(200)에 구비된 버스바 상에 용접 등에 의해 고정된다. 즉, 상기 복수의 배터리 셀(100)들은 버스바 프레임(200)에 구비된 버스바에 의해 직렬 또는 병렬 또는 직렬과 병렬이 혼합된 형태로 연결될 수 있다.
상기 셀 적층체와 버스바 프레임(200)은 상호 결합되어 하나의 서브 모듈을 이룬다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 모듈 하우징(300)은, 대략 직육면체 형상을 가지며, 내부에 셀 적층체와 버스바 프레임(200)의 결합체, 즉 서브 모듈을 수용한다. 상기 모듈 하우징(300)은, 서브 모듈의 하면 및 상면(X-Y 평면과 나란한 면)을 각각 커버하는 한 쌍의 베이스 커버(310), 서브 모듈의 측면(X-Z 평면과 나란한 면)을 각각 커버하는 한 쌍의 사이드 커버(320), 서브 모듈의 전면(Y-Z 평면과 나란한 면)을 커버하는 프론트 커버(330) 및 서브 모듈의 후면(Y-Z 평면과 나란한 면)을 커버하는 리어 커버(340)를 포함한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 에어 인렛(400)은, 셀 적층체의 적층 방향(X축과 나란한 방향) 일 측, 즉 배터리 모듈(1)의 길이 방향 일 측에 형성되며, 프론트 커버(330)를 관통하는 홀 형태를 갖는다. 상기 에어 아웃렛(500)은, 셀 적층체의 적층 방향 타 측, 즉 배터리 모듈(1)의 길이 방향 타 측에 형성되며, 리어 커버(340)를 관통하는 복수의 홀을 포함한다. 상기 에어 인렛(400)과 에어 아웃렛(500)은 상호 배터리 모듈(1)의 길이 방향(X축과 나란한 방향)을 따라 대각선으로 가로 질러 반대 편에 위치한다.
도 3을 참조하면, 상기 버스바 프레임(200)과 사이드 커버(320) 사이에는 빈 공간이 형성된다. 즉, 상기 모듈 하우징(300)의 6개의 외측 면 중 서브 모듈의 폭 방향(Y축과 나란한 방향) 일 측 및 타 측과 대면하는 면과 버스바 프레임(200)의 내측 면 사이에는 배터리 셀(100)의 냉각을 위한 공기가 흐를 수 있는 빈 공간이 형성된다. 상기 빈 공간은, 배터리 모듈(1)의 폭 방향(Y축과 나란한 방향) 양 측에 각각 형성된다.
상기 에어 인렛(400)은 배터리 모듈(1)의 폭 방향(Y축과 나란한 방향) 일 측에 형성되는 빈 공간과 대응되는 위치에 형성되고, 에어 아웃렛(500)은 배터리 모듈(1)의 폭 방향 타 측에 형성되는 빈 공간과 대응되는 위치에 형성된다.
상기 배터리 모듈(1)에 있어서, 에어 인렛(400)을 통해 내부로 유입된 공기는 배터리 모듈(1)의 폭 방향 일 측에 형성된 빈 공간으로부터 배터리 모듈(1)의 폭 방향 타 측에 형성된 빈 공간으로 이동하면서 배터리 셀(100)을 냉각시킨 후 에어 아웃렛(500)을 통해 외부로 빠져나간다. 즉, 상기 배터리 모듈(1)은 공냉식 배터리 모듈에 해당하는 것이다.
한편, 본 발명에 있어서, 상기 에어 인렛(400)은 그 명칭과는 달리 냉각에 이용되어 온도가 상승한 공기가 빠져나가는 통로로서 이용될 수도 있고, 에어 아웃렛(500) 역시 그 명칭과는 달리 냉각을 위한 외부의 공기가 유입되는 통로로서 이용될 수 있다. 즉, 상기 에어 인렛(400)에는 강제 환풍을 위한 임펠러가 설치될 수 있는데, 임펠러의 회전 방향에 따라서 공기의 순환 방향은 달라질 수 있는 것이다.
도 3, 도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 스프링클러(600)는, 예를 들어 냉각수와 같은 냉각 유체를 공급하는 공급관(미도시)과 연결되며, 배터리 모듈(1) 내부의 온도 및 내부 기체의 유속이 일정 수준 이상이 되었을 때 작동하여 배터리 모듈(1)의 내부로 냉각 유체를 공급한다. 즉, 상기 스프링클러(600)는, 배터리 셀(100)에 이상이 발생되어 벤팅(venting)이 일어나고 이로 인해 고온의 가스가 배출되는 경우 이를 감지하여 작동한다. 이와 같이 스프링클러(600)가 작동하면, 배터리 모듈(1) 내부에 냉각 유체가 공급되어 배터리 셀(100)의 과열에 따른 발화 및/또는 폭발을 방지할 수 있게 된다.
상기 스프링클러(600)의 일부는 리어 커버(340)의 외측으로 노출되고, 나머지 부분은 리어 커버(340)를 관통하여 버스바 프레임(200)과 사이드 커버(320) 사이에 형성되는 빈 공간 내에 위치한다. 상기 스프링클러(600)는 리어 커버(340)의 길이 방향(Y축과 나란한 방향) 일 측에 형성된 에어 아웃렛(500)과 반대편에 설치된다.
상기 스프링클러(600)는 커플러(610), 스프링클러 헤드(620) 및 절연 커버(630)를 포함한다. 상기 커플러(610)는 모듈 하우징(300)의 외측에 위치하며, 냉각 유체를 공급하는 공급관(미도시)과 연결된다. 즉, 상기 커플러(610)는 금속 재질로서, 외부 공급관의 체결을 위한 부품이다. 상기 스프링클러 헤드(620)는 모듈 하우징(300)의 내측에 위치하며, 커플러(610)와 연결된다. 상기 절연 커버(630)는 스프링클러 헤드(620)를 커버하며, 이로써 스프링클러 헤드(620)가 배터리 셀(100)의 전극 리드(110) 및/또는 버스바 프레임(200)의 버스바와 직접 접촉하여 단락이 발생되는 것을 방지한다.
상기 스프링클러 헤드(620)는 유리 벌브(621) 및 홀딩 브라켓(622)을 포함한다.
상기 유리 벌브(621)는 커플러(610)의 냉각 유체 분사구(P)를 차단하며, 배터리 모듈(1) 내부의 온도 및 벤팅 가스로 인해 온도가 상승한 내부 기체의 유속이 기준치 이상이 되면 파단되어 냉각 유체 분사구(P)를 개방시킨다. 즉, 상기 유리 벌브(621)는 내부에 온도 상승에 따라 팽창되는 액체를 함유하고 있으며, 이러한 액체는 배터리 모듈(1) 내의 배터리 셀(100)들 중 적어도 일부에서 벤팅이 발생되어 고온의 벤팅 가스가 배터리 모듈(1) 내부를 채우게 되면 팽창한다. 상기 액체의 팽창에 따라 유리 벌브(621)의 내압이 상승하고, 동시에 유리 벌브(621)의 외부에서 고압의 벤팅 가스로 인한 기체의 외력이 함께 작용하게 되면 유리 벌브(621)가 파손되고, 이로써 냉각 유체 분사구(P)를 통해 냉각 유체가 모듈 하우징(300)의 내부를 채우게 된다. 상기 홀딩 브라켓(622)은 금속 재질로서, 유리 벌브(621)를 감싸며 유리 벌브(621)가 움직이지 않도록 고정시킨다.
상기 절연 커버(630)는 고정부(631) 및 커버부(632)를 포함한다. 상기 고정부(631)는 리어 커버(340)에 클립 고정 방식으로 부착된다. 즉, 상기 고정부(631)의 일부는 리어 커버(340)의 외측에 위치하고, 나머지 일부는 리어 커버(340)의 내측에 위치한다. 상기 커버부(632)는 고정부(631)로부터 대략 수직한 방향으로 연장되며, 스프링클러 헤드(620)를 커버한다.
상기 커버부(632)는 셀 적층체 및 버스바 프레임(200)과 대면하는 제1 영역(632a) 및 제1 영역을 제외한 나머지 제2 영역(632b)을 포함한다. 상기 제1 영역(632a)은 가려진 면적이 개방된 면적보다 더 넓게 형성되고, 제2 영역(632b)은 가려진 면적보다 개방된 면적이 더 넓게 형성된다. 상기 커버부(632)의 적어도 일부가 개방된 형태를 갖는 것은 냉각 유체 분사구(P)를 통해 분사된 냉각 유체가 모듈 하우징(300)의 내부에 원활히 공급될 수 있도록 하기 위함이다.
또한, 상기 제1 영역(632a)의 개방 면적이 제2 영역(632b)의 개방 면적보다 더 작게 형성되는 것은, 홀딩 브라켓(622)과 전극 리드(110) 간의 접촉 및/또는 홀딩 브라켓(622)과 버스바 간의 접촉에 의한 단락 발생 가능성을 최소화 하기 위함이다. 한편, 상기 제1 영역(632a)은 냉각 유체의 분출을 위한 적어도 하나의 커버 홀(H)을 구비할 수 있다.
한편, 상기 커버부(632)는 모듈 하우징(300)에 고정된 고정부(631)와 분리 가능한 구조로 결합된다. 상기 고정부(631)와 커버부(632) 사이에는 접착 층(A)이 개재되어 배터리 모듈(1)의 정상적인 사용 상태에서는 고정부(631)와 커버부(632)가 상호 결합된 상태를 유지한다. 그러나, 상기 배터리 셀(100)에 벤팅이 발생되어 고온의 가스가 유출되고 이로써 모듈 하우징(300) 내부의 온도가 상승하여 기준 온도 이상이 되면, 접착 층(A)이 녹게 되고 이에 따라 접착 층(A)의 접착력이 저하되거나 상실된다. 이에 따라, 상기 커버부(632)는 냉각 유체의 분사에 의해 또는 냉각 유체가 분사되기 이 전에 이미 고정부(631)로부터 분리된다.
상기 고정부(631)와 커버부(632) 간의 결합에는 접착 층(A) 이 외의 다른 고정요소가 적용되지 않을 수도 있고, 본 발명의 도면에 도시된 바와 같이 접착 층(A) 이 외에 힌지 결합 구조가 추가적으로 적용될 수도 있다. 상기 고정부(631)와 커버부(632) 간의 결합에 힌지 결합 구조가 적용되는 경우에는, 접착 층(A)의 접착력이 저하 또는 상실됨에 따라 커버부(632)가 힌지 결합부위(h)를 중심으로 회전하여 개방된다.
이와 같이 상기 커버부(632)가 고정부(631)로부터 분리됨으로써 냉각 유체 분사구(P)로부터 커버부(632)는 더 이상 냉각 유체의 분사에 방해요소로서 작용하지 않게 되며, 이로써 원활한 소화 및 냉각이 가능하게 된다.
도 3과 함께 도 8 내지 도 11을 참조하면, 상기 아웃렛 폐쇄 장치(700)는, 스프링클러(600)를 통해 모듈 하우징(300) 내부로 냉각수가 유입되면, 부력에 의해 움직여 에어 아웃렛(500)을 폐쇄하는 장치이다. 상기 아웃렛 폐쇄 장치(700)는 모듈 하우징(300)의 내측면 상에 형성되는 고정 바(710), 고정 바(710)에 힌지 결합되는 밀폐 도어(720) 및 밀폐 도어(720)에 부착되는 부력 부재(730)를 포함한다.
상기 고정 바(710)는 에어 아웃렛(500)이 형성된 리어 커버(340) 상에 형성되며, 횡 단면(X-Y 평면과 나란한 방향으로 자른 단면)의 형상이 부채꼴 형상인 기둥 형태를 가질 수 있다. 상기 고정 바(710)는 밀폐 도어(720)의 움직임을 가이드 하기 위한 지지체로서 기능한다. 이러한 기능의 실현을 위해, 상기 고정 바(710)는 적어도 2 이상의 가이드 홈(711)을 구비한다 상기 2 이상의 가이드 홈(711)은 고정 바(710)의 외주면 상에 형성되며, 고정 바(710)의 길이 방향(Z축과 나란한 방향)을 따라 상호 이격된 위치에 형성된다.
상기 가이드 홈(711)은 그 길이 방향 일 측 단부로부터 타 측 단부를 향하는 방향을 따라 수평면(X-Y 평면과 나란한 면)을 기준으로 경사진 형태를 갖는다. 좀 더 구체적으로, 상기 가이드 홈(711)은 에어 아웃렛(500)을 향하는 방향을 따라 상향 경사진 형태를 갖는다. 상기 가이드 홈(711)이 이처럼 경사진 형태를 갖는 것은, 밀폐 도어(720)가 냉각수에 의한 부력에 의해 상방(Z축과 나란한 방향)으로 힘을 받게 되었을 때 에어 아웃렛(500)을 폐쇄시키는 방향으로 회전하도록 하기 위함이다.
상기 밀폐 도어(720)는, 고정 바(710)에 힌지 결합 되어 냉각수에 의한 부력이 작용하였을 때 회전하여 에어 아웃렛(500)을 폐쇄시킨다. 이러한 기능의 실현을 위해, 상기 밀폐 도어(720)는, 에어 아웃렛(500)을 구성하는 복수의 홀들과 대응되는 개수의 삽입 돌기(721) 및 가이드 홈(711)의 개수에 대응되는 개수의 슬라이딩 볼(722)을 구비한다.
상기 삽입 돌기(721)는 밀폐 도어(720)의 일 면 상에 돌출 형성 되며, 에어 아웃렛(500)을 구성하는 홀과 대응되는 형상 및 사이즈를 갖는다. 상기 삽입 돌기(721)는, 밀폐 도어(720)가 냉각수에 의한 부력을 받아 에어 아웃렛(500)을 폐쇄시키는 방향으로 회전하였을 때 아웃렛(500)을 구성하는 홀에 삽입되어 배터리 모듈(1) 내부에 공급된 냉각수가 에어 아웃렛(500)을 통해 외부로 유실되는 것을 방지한다.
상기 슬라이딩 볼(722)은, 밀폐 도어(720)의 일 측으로부터 고정 바(710)를 향하는 방향으로 연장된 형태를 가지며, 가이드 홈(711) 내에 삽입된다. 상기 슬라이딩 볼(722)은 가이드 홈(711) 내에서 가이드 홈(711)의 길이 방향을 따라 움직일 수 있다. 좀 더 구체적으로, 상기 모듈 하우징(300) 내부에 냉각수가 공급되고, 이로 인해 냉각수의 수위가 일정 수준 이상 되어 밀폐 도어(720)가 부력을 받게 되면, 상기 슬라이딩 볼(722)은 가이드 홈(711)의 내측에서 그 움직임이 가이드 되어 가이드 홈(711)의 연장 방향을 따라 이동함으로써 밀폐 도어(720)가 에어 아웃렛(500)을 향해 회전할 수 있도록 한다.
상기 부력 부재(730)는, 밀폐 도어(720)의 일 면 상에 부착되어 모듈 하우징(300) 내부의 냉각수 수위가 상승하였을 때 밀폐 도어(720)가 부력에 의해 상방(Z축과 나란한 방향)으로 힘을 받을 수 있도록 한다. 상기 부력 부재(730)는 밀폐 도어(720)의 양 면 중 삽입 돌기(721)가 형성된 면과 반대쪽 면에 부착된다. 상기 부력 부재(730)는, 밀도가 냉각수보다 낮아 냉각수에 의한 부력을 받을 수 있는 것이라면 제한 없이 이용 가능한다. 상기 부력 부재(730)로는, 예를 들어, 내부에 공기가 채워져 있는 에어백이 이용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은, 모듈 하우징(300) 내에 에어 아웃렛(500)을 폐쇄할 수 있는 아웃렛 폐쇄 장치(700)가 구비되어 있어 모듈 하우징(300) 내에 공급되는 냉각수가 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은, 내부에서 비정상적인 온도 상승 및/또는 화재의 발생 시에 빠른 대처가 가능하며, 이에 따라 배터리 모듈 사용 상의 안전성을 확보할 수 있다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 상기 배터리 모듈(1)은, 복수의 열 팽창 블록(B)을 추가적으로 포함할 수 있다. 상기 열 팽창 블록(B)은 모듈 하우징(300)의 내부에 냉각 유체가 공급되었을 때 냉각 유체의 수위가 빠르게 상승할 수 있도록 하기 위해 모듈 하우징(300)의 내부의 빈 공간에 배치된다. 상기 열 팽창 블록(B)은 배터리 셀(100)의 벤팅이 발생됨에 따라 고온의 벤팅 가스가 발생되어 모듈 하우징(300) 내부의 온도가 기준 온도 이상으로 높아지게 되면 팽창하며, 이에 따라 모듈 하우징(300) 내부 빈 공간의 체적을 감소시키는 효과를 가져온다.
이와 같이, 열 팽창 블록(B)의 팽창에 따라 모듈 하우징(300) 내부 빈 공간의 체적이 감소되면 같은 양의 냉각 유체가 투입되었을 때 냉각 유체의 수위 상승 속도가 더욱 빨라지게 되어 신속한 소화 및 냉각이 가능하게 된다.
상기 열 팽창 블록(B)은, 예를 들어, 온도의 상승에 따라 체적이 증가하는 열 팽창성 발포제를 포함할 수 있다. 상기 열 팽창성 발포제는, 예를 들어, 내부에 탄화수소를 함유하는 아크릴계 열가소성 수지를 포함하는 코어-쉘 구조를 가질 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 복수의 열 팽창 블록(B)은, 셀 적층체의 하면을 커버하는 베이스 커버(310) 상에서 배터리 모듈(1)의 길이 방향(X축과 나란한 방향)을 따라 상호 이격되어 고정되며, 버스바 프레임(200)과 사이드 커버(320) 사이의 빈 공간에 배치될 수 있다.
또한, 도 5를 참조하면, 복수의 열 팽창 블록(B)은, 셀 적층체를 이루는 복수의 배터리 셀(100)들 중 서로 인접한 배터리 셀(100) 각각의 테라스부(T) 사이마다 배치될 수 있다. 여기서, 테라스부(T)라 함은, 배터리 셀(100)의 실링부(100b)의 일부 영역을 의미하는 것이다. 즉, 파우치 타입의 배터리 셀(100)은 전극 조립체(미도시)가 수용되는 영역인 수용부(100a) 및 수용부(100a) 둘레로부터 연장된 실링 영역(100b)을 포함하는데, 실링 영역(100b) 중 전극 리드(110)가 인출된 방향에 위치하는 부분을 테라스부(T)라고 칭한다.
이처럼, 서로 인접한 테라스부(T) 사이마다 열 팽창 블록(B)이 개재되는 경우, 데드 스페이스(dead space)를 활용하는 것이므로 에너지 밀도를 저하시키지 않고 소화 및 냉각 효율 향상을 가져올 수 있다.
한편, 상기 열 팽창 블록(B)은, 냉각 유체의 수위 상승의 효과를 극대화 하기 위해 버스바 프레임(200)과 사이드 커버(320) 사이의 빈 공간 및 인접한 테라스부(T) 사이에 모두 적용될 수도 있다.
도 13을 참조하면, 상기 배터리 모듈(1)은, 그 내부에 냉각 유체가 공급되었을 때 외부로 냉각 유체가 유출되는 양을 최소화 하여 냉각 유체의 수위가 빠르게 상승할 수 있도록 하기 위해 에어 인렛(400)을 적어도 부분적으로 폐쇄하는 팽창 패드(E)를 더 포함 할 수 있다.
상기 팽창 패드(E)는 모듈 하우징(300)의 내측면에 부착되며, 에어 인렛(400)의 개방 면적보다 작은 사이즈를 갖는다. 상기 팽창 패드(E)는 배터리 모듈(1)의 정상적인 사용 상태에서 에어 인렛(400)을 통한 공기의 흐름을 원활할 수 있도록 하기 위해 에어 인렛(400)의 개방 면적 대비 대략 30% 미만의 사이즈를 갖는 것이 바람직하다. 한편, 본 발명의 도면에서는 상기 팽창 패드(E)가 모듈 하우징(300)의 내측면에 부착됨에 있어서 바닥면에 부착된 경우만을 도시하고 있으나, 팽창 패드(E)는 모듈 하우징(300)의 상부 또는 측부에 부착될 수도 있다.
상기 팽창 패드(E)는 배터리 모듈(1)의 내부로 유입된 냉각 유체와 접촉함으로써 팽창되어 에어 인렛(400)을 폐쇄한다. 상기 팽창 패드(E)는, 수분을 흡수하는 경우 매우 큰 팽창율을 나타내는 수지를 함유하는 것으로서, 충분한 양의 수분이 제공되는 경우 초기 부피 대비 적어도 대략 2배 이상 그 부피가 증가하는 수지를 함유한다. 상기 팽창 패드(E)에 이용되는 수지로는, 예를 들어 SAF(super absorbent fiber)와 폴리에스테르 스테이플 파이버(polyester staple fiber)가 혼합된 부직포를 들 수 있다. 상기 SAF는 SAP(고흡수성 수지, super absorbent polymer)를 파이버(fiber) 형태로 제작한 것이다.
한편, 상기 팽창 패드(E)의 팽창에 따른 에어 인렛(400)의 폐쇄는, 반드시 냉각 유체가 누수될 수 없는 수준의 완전한 폐쇄를 의미하는 것은 아니며, 누수량을 줄일 수 있도록 에어 인렛(400)의 개방 면적을 줄여주는 경우 역시 포함하는 것이다.
상기 팽창 패드(E)의 적용으로 인해, 적어도 일부 배터리 모듈(1)에서 열 폭주 현상이 발생되어 배터리 모듈(1) 내부로 냉각 유체가 유입되는 경우, 에어 인렛(400)은 폐쇄된다. 이처럼 상기 에어 인렛(400)과 에어 아웃렛(500)이 폐쇄되는 경우 배터리 모듈(1)의 내부로 유입된 냉각 유체는 외부로 빠져나가지 않고 배터리 모듈(1)의 내부에 고이게 되며, 이로써 배터리 모듈(1)에 발생된 열 폭주 현상의 빠른 해소가 가능하게 된다.
도 14를 참조하면, 상기 팽창 패드(E)는, 한 쌍이 구비될 수 있으며, 이 경우 한 쌍의 팽창 패드(E)는 모듈 하우징(300)의 내측면 상부와 하부에 각각 부착된다. 상기 한 쌍의 팽창 패드(E)는 서로 대응되는 위치에 부착되어 팽창 시에 상호 접하여 에어 인렛(400)을 폐쇄한다.
도 15를 참조하면, 상기 팽창 패드(E)는, 모듈 하우징(300)의 내측면에 소정의 깊이로 형성된 수용 홈(300a) 내에 적어도 일부가 삽입되어 고정될 수 있다.
도 16을 참조하면, 상기 팽창 패드(E)는, 수분의 흡수에 따른 팽창 시에 그 양 측에 각각 배치되는 한 쌍의 메쉬 플레이트(400a)에 의해 팽창을 위한 움직임이 가이드 될 수 있다. 상기 메쉬 플레이트(400a)는 메쉬 타입(mesh type)의 플레이트로서 팽창 패드(E)가 팽창되지 않은 상태에서는 공기 및 냉각 유체가 통과될 수 있는 구조를 갖는다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS(Energy storage system)는 상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 복수개 포함한다.
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.
1: 배터리 모듈
100: 배터리 셀
100a: 수용부
100b: 실링부
T: 테라스부
110: 전극 리드
200: 버스바 프레임
300: 모듈 하우징
310: 베이스 커버
300a: 수용 홈
320: 사이드 커버
330: 프론트 커버
340: 리어 커버
B: 열 팽창 블록
400: 에어 인렛
500: 에어 아웃렛
400a: 메쉬 플레이트
E: 팽창 패드
600: 스프링클러
610: 커플러
P: 냉각 유체 분사구
620: 스프링클러 헤드
621: 유리 벌브
622: 홀딩 브라켓
630: 절연 커버
631: 고정부
632: 커버부
632a: 제1 영역
H: 커버 홀
632b: 제2 영역
A: 접착 층
700: 아웃렛 폐쇄 장치
710: 고정 바
711: 가이드 홈
720: 밀폐 도어
721: 삽입 돌기
722: 슬라이딩 볼
730: 부력 부재

Claims (13)

  1. 복수의 배터리 셀을 포함하는 셀 적층체 및 상기 셀 적층체의 일 측과 타 측에 각각 결합되는 한 쌍의 버스바 프레임을 포함하는 서브 모듈;
    상기 서브 모듈을 수용하며, 공기의 순환을 위해 형성된 에어 인렛 및 에어 아웃렛을 구비하는 모듈 하우징;
    상기 셀 적층체의 적층 방향 일 측에서 상기 모듈 하우징을 관통하는 스프링클러; 및
    상기 스프링클러를 통해 상기 모듈 하우징 내부로 유입된 냉각수로 인한 부력에 의해 움직여 상기 에어 아웃렛을 폐쇄하는 아웃렛 폐쇄 장치;
    를 포함하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 아웃렛 폐쇄 장치는,
    상기 모듈 하우징의 내측면 상에 형성되는 고정 바;
    상기 고정 바에 힌지 결합되는 밀폐 도어; 및
    상기 밀폐 도어에 부착되는 부력 부재;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 고정 바는, 적어도 2 이상의 가이드 홈을 구비하고,
    상기 밀폐 도어는, 상기 가이드 홈의 개수에 대응되는 개수의 슬라이딩 볼을 구비하며,
    상기 슬라이딩 볼은 상기 가이드 홈에 삽입되어 상기 가이드 홈의 연장 방향을 따라 그 움직임이 가이드 되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가이드 홈은,
    상기 에어 아웃렛을 향하는 방향을 따라 상향 경사진 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 에어 아웃렛은, 상기 모듈 하우징을 관통하여 형성된 복수의 홀을 포함하며,
    상기 밀폐 도어는, 상기 홀과 대응되는 형상 및 사이즈를 갖는 복수의 삽입 돌기를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은,
    상기 에어 인렛의 내측에 배치되며, 상기 배터리 모듈 내로 유입된 냉각 유체와의 접촉에 따라 팽창하여 상기 에어 인렛을 적어도 부분적으로 폐쇄하는 팽창 패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 팽창 패드는,
    상기 모듈 하우징의 내측면 상에 부착되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 팽창 패드는,
    상기 모듈 하우징의 내측면에 형성된 수용 홈 내에 적어도 일부가 삽입되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은,
    상기 팽창 패드의 양 측에 각각 배치되어 상기 팽창 패드의 팽창을 위한 움직임을 가이드 하는 메쉬 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은,
    상기 모듈 하우징 내의 빈 공간에 배치되어 상기 모듈 하우징 내부의 온도 상승에 따라 열 팽창되는 열 팽창 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 스프링클러는,
    상기 모듈 하우징의 외측에 위치하며, 냉각유체를 공급하는 공급관과 연결되는 커플러;
    상기 모듈 하우징의 내측에 위치하며, 상기 커플러와 연결되는 스프링클러 헤드; 및
    상기 모듈 하우징에 고정되는 고정부 및 접착 층에 의해 상기 고정부와 고정되며 기준 온도 이상에서 상기 접착 층의 접착력이 상실되거나 저하됨에 따라 상기 고정부로부터 분리되는 커버부를 포함하는 절연 커버;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 커버부는,
    상기 고정부와 힌지 결합되어 상기 기준 온도 이상에서 힌지 결합 부위를 중심으로 상기 스프링클러 헤드의 하방으로 회전하여 개방되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 복수개 포함하는 ESS.
KR1020200027899A 2020-03-05 2020-03-05 신속한 냉각이 가능한 구조를 갖는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 ess KR102648382B1 (ko)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200027899A KR102648382B1 (ko) 2020-03-05 2020-03-05 신속한 냉각이 가능한 구조를 갖는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 ess
CN202180004662.4A CN114175362A (zh) 2020-03-05 2021-03-04 具有能够快速冷却的结构的电池模块和包括该电池模块的ess
PCT/KR2021/002710 WO2021177760A1 (ko) 2020-03-05 2021-03-04 신속한 냉각이 가능한 구조를 갖는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 ess
AU2021231264A AU2021231264A1 (en) 2020-03-05 2021-03-04 Battery module having structure capable of rapid cooling, and ESS comprising same
EP21764340.2A EP3993140B1 (en) 2020-03-05 2021-03-04 Battery module having structure capable of rapid cooling, and ess comprising same
US17/766,925 US20240088469A1 (en) 2020-03-05 2021-03-04 Battery module having structure capable of rapid cooling, and ess comprising same
JP2021572923A JP7210782B2 (ja) 2020-03-05 2021-03-04 迅速に冷却可能な構造を有するバッテリーモジュール及びそれを含むエネルギー貯蔵システム

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200027899A KR102648382B1 (ko) 2020-03-05 2020-03-05 신속한 냉각이 가능한 구조를 갖는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 ess

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210113481A true KR20210113481A (ko) 2021-09-16
KR102648382B1 KR102648382B1 (ko) 2024-03-15

Family

ID=77614121

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200027899A KR102648382B1 (ko) 2020-03-05 2020-03-05 신속한 냉각이 가능한 구조를 갖는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 ess

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20240088469A1 (ko)
EP (1) EP3993140B1 (ko)
JP (1) JP7210782B2 (ko)
KR (1) KR102648382B1 (ko)
CN (1) CN114175362A (ko)
AU (1) AU2021231264A1 (ko)
WO (1) WO2021177760A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210109714A (ko) * 2020-02-27 2021-09-07 주식회사 엘지에너지솔루션 신속한 냉각이 가능한 구조를 갖는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 ess

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR200406311Y1 (ko) * 2005-11-04 2006-01-20 주식회사 차세대환경 유체개폐장치 및 유체개폐장치가 설치된 오수정화처리장치
JP2010186568A (ja) * 2009-02-10 2010-08-26 Nippon Yusoki Co Ltd ラック
JP2014216248A (ja) * 2013-04-26 2014-11-17 三菱自動車工業株式会社 バッテリケース
KR20180038291A (ko) 2016-10-06 2018-04-16 중소기업은행 배터리 팩 내부의 연소 억제 방법 및 장치
KR20190035580A (ko) * 2014-02-03 2019-04-03 유알에스에이테크 리미티드 열 폭주 완화 배터리 하우징

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH079259U (ja) * 1993-07-13 1995-02-10 松下電工株式会社 食器乾燥庫用水受け容器
JP2010120340A (ja) * 2008-11-21 2010-06-03 Canon Inc 流体排出装置および記録装置
KR20130056932A (ko) * 2011-11-23 2013-05-31 에스케이이노베이션 주식회사 배터리 팩
US8790810B2 (en) * 2011-12-14 2014-07-29 GM Global Technology Operations LLC Battery cell module with sliding repeating elements
JP5993209B2 (ja) * 2012-05-24 2016-09-14 タイガースポリマー株式会社 電池冷却構造
KR101441207B1 (ko) * 2012-12-27 2014-09-17 에이치엘그린파워 주식회사 열팽창 패드를 이용한 전류 차단 장치
KR102235655B1 (ko) * 2016-06-17 2021-04-01 에스케이이노베이션 주식회사 이차 전지 팩
JP2018133134A (ja) * 2017-02-13 2018-08-23 三菱自動車工業株式会社 二次電池冷却機構
KR102288853B1 (ko) 2018-09-05 2021-08-12 주식회사 엘지화학 열가소성 수지 조성물
CN109893802A (zh) * 2019-03-14 2019-06-18 南方电网调峰调频发电有限公司 一种用于电化学储能方舱热管理和消防的系统装备
KR102064416B1 (ko) * 2019-05-24 2020-01-09 주식회사 창성에이스산업 리튬계 배터리 화재 진압 소화제 및 이를 이용해 화재를 진압하는 방법
KR20210109314A (ko) * 2020-02-27 2021-09-06 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 모듈, 및 그것을 포함하는 배터리 랙, 및 전력 저장 시스템

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR200406311Y1 (ko) * 2005-11-04 2006-01-20 주식회사 차세대환경 유체개폐장치 및 유체개폐장치가 설치된 오수정화처리장치
JP2010186568A (ja) * 2009-02-10 2010-08-26 Nippon Yusoki Co Ltd ラック
JP2014216248A (ja) * 2013-04-26 2014-11-17 三菱自動車工業株式会社 バッテリケース
KR20190035580A (ko) * 2014-02-03 2019-04-03 유알에스에이테크 리미티드 열 폭주 완화 배터리 하우징
KR20180038291A (ko) 2016-10-06 2018-04-16 중소기업은행 배터리 팩 내부의 연소 억제 방법 및 장치

Also Published As

Publication number Publication date
AU2021231264A1 (en) 2022-02-24
JP2022536132A (ja) 2022-08-12
EP3993140B1 (en) 2024-05-01
EP3993140A4 (en) 2022-11-02
JP7210782B2 (ja) 2023-01-23
WO2021177760A1 (ko) 2021-09-10
US20240088469A1 (en) 2024-03-14
KR102648382B1 (ko) 2024-03-15
EP3993140A1 (en) 2022-05-04
CN114175362A (zh) 2022-03-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20210055364A (ko) 배터리 모듈
EP3989336A1 (en) Battery module having structure into which cooling water can be introduced when thermal runaway phenomenon occurs, and battery pack and energy storage device comprising same
US20220320632A1 (en) Battery rack and energy storage device comprising battery rack
CN217468625U (zh) 电池模块、包括该电池模块的电池架以及能量存储系统
JP7210782B2 (ja) 迅速に冷却可能な構造を有するバッテリーモジュール及びそれを含むエネルギー貯蔵システム
EP3989332A1 (en) Battery module having structure capable of rapid cooling, and ess comprising same
US20230026257A1 (en) Battery module having structure capable of rapid cooling, and ess comprising same
KR102380444B1 (ko) 열 폭주 현상 발생 시 내부로 투입된 냉각수가 흐를 수 있는 경로를 갖는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 ess
KR20210109712A (ko) 신속한 냉각이 가능한 구조를 갖는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 ess
US20220263160A1 (en) Battery module having structure enabling rapid deployment of sprinkler, and ess including same
KR20210054330A (ko) 배터리 팩
KR20230064565A (ko) 안전성이 강화된 배터리 모듈과 배터리 팩
KR20230095812A (ko) 안전성이 향상된 전지 팩

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant