KR20210114752A - 에너지 저장 시스템 - Google Patents

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KR20210114752A
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storage system
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KR1020200030298A
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김석철
김용욱
석종호
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에스케이이노베이션 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템은, 다수의 이차전지셀을 포함하고 일측 또는 양측으로 전극탭이 배치되는 배터리 모듈 및 다수의 상기 배터리 모듈을 적층한 모듈 적층체를 내부에 수용하는 하우징을 포함하고, 상기 하우징은, 상기 모듈 적층체의 측면 중 상기 전극탭이 배치되는 적어도 한 측면과 마주보도록 배치되는 제1 커버 및 상기 모듈 적층체의 측면 중 상기 전극탭이 없는 측면 중 적어도 한 측면과 마주보도록 배치되는 제2 커버를 포함하며, 상기 제1 커버와 상기 모듈 적층체 사이에는 화염 통로가 형성되고, 상기 제2 커버와 상기 모듈 적층체 사이에는 냉각 유로가 형성될 수 있다.

Description

에너지 저장 시스템{Energy Storage System}
본 발명은 에너지 저장 시스템에 관한 것이다.
모바일 기기, 전기자동차, 에너지 저장 시스템(ESS: Energy Storage System) 등에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지셀의 수요가 급격히 증가하고 있다. 이차전지셀은 화학에너지와 전기에너지 간의 상호변환이 가역적이어서 충전과 방전을 반복할 수 있는 전지이다.
이러한 이차전지셀은 이차전지의 주요 구성물인 양극, 음극, 분리막 및 전해액 등의 전극조립체 및 이를 보호하는 다층 외장재(Laminated Film Case)의 셀바디부재를 포함한다.
그런데 이러한 전극조립체는 충전 및 방전의 과정을 거치면서 발열이 발생하게 되는데, 이러한 발열에 의한 온도 상승은 이차전지셀의 성능을 저하시키게 된다.
또한, 이러한 발열이 심해지면 이차전지셀의 내부 압력이 상승하여 이차전지셀이 발화되는 문제가 발생한다.
더욱이, 에너지저장시스템(ESS) 등과 같이 복수의 이차전지셀이 장착된 경우에, 이러한 발화와 함께 이차전지셀이 폭발하면서 주변의 다른 이차전지셀로 화염이 전파되는 문제도 발생하게 된다.
일례로, 종래에는 이차전지셀의 전극탭 부분에 화염의 진입을 방지할 커버부재가 없어서, 이웃한 이차전지셀에서 화재 발생시에 인접한 이차전지셀로 화염 유입이 용이하여 화재의 전파의 방지가 쉽지 않았다.
따라서, 전술한 문제 내지 한계를 개선하기 위해서, 에너지저장시스템에 대한 연구가 필요하게 되었다.
한국공개특허 제10-2015-0061200호
본 발명은 이차전지셀의 발화 전파를 방지할 수 있는 에너지 저장 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 이차전지셀의 발화시에 외부로 화염이 확산되는 것을 방지할 수 있는 에너지 저장 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템은, 다수의 이차전지셀을 포함하고 일측 또는 양측으로 전극탭이 배치되는 배터리 모듈 및 다수의 상기 배터리 모듈을 적층한 모듈 적층체를 내부에 수용하는 하우징을 포함하고, 상기 하우징은, 상기 모듈 적층체의 측면 중 상기 전극탭이 배치되는 적어도 한 측면과 마주보도록 배치되는 제1 커버 및 상기 모듈 적층체의 측면 중 상기 전극탭이 없는 측면 중 적어도 한 측면과 마주보도록 배치되는 제2 커버를 포함하며, 상기 제1 커버와 상기 모듈 적층체 사이에는 화염 통로가 형성되고, 상기 제2 커버와 상기 모듈 적층체 사이에는 냉각 유로가 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1 커버와 상기 모듈 적층체 사이에 배치되어 상기 모듈 적층체와 상기 제1 커버 간의 이격 거리를 유지시키는 스페이서를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 제1 커버와 상기 제2 커버는 금속 플레이트를 절곡하여 형성할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 냉각 유로는 상기 화염 통로와 분리된 독립적인 통로로 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 하우징은, 상기 제1 커버와 상기 제2 커버가 연결되는 부분을 따라 배치되며, 상기 모듈 적층체와 접촉하도록 구성되어 상기 냉각 유로와 상기 화염 통로를 구획하는 격벽을 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 화염 통로 내에 배치되어 가스는 통과시키고 화염은 차단하는 차단 부재를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 차단 부재는, 화염 냉각을 위한 금속 재질의 다층 메쉬(mesh)망 또는 다층 베플(baffle)로 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 적층된 상기 배터리 모듈들 사이에 형성되어 상기 냉각 유로와 연결되는 제2 냉각 유로를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 각각의 상기 배터리 모듈은 상부면 또는 하부면에서 돌출 형성되는 돌출부를 포함하며, 상기 제2 냉각 유로는 상기 돌출부로 인해 이격 배치된 상기 배터리 모듈들 사이의 공간으로 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 돌출부는, 상기 배터리 모듈의 모서리에 인접하게 배치되며, 상기 이차전지셀들의 길이 방향과 직교하는 방향을 따라 선형으로 배치될 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 배터리 모듈은, 상기 다수의 이차전지셀을 수용하는 셀 유닛, 다수의 상기 셀 유닛을 일체로 결합하는 바디프레임부재, 및 상기 이차전지셀의 상기 전극탭이 배치된 일측 또는 양측에 결합되는 커버부재를 포함하며, 상기 커버부재는, 상기 화염 통로와 상기 전극탭 사이에 배치되며, 화염 또는 가스가 통과하는 다수의 관통 구멍을 구비할 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 셀 유닛은, 측면부에 상기 이차전지셀이 수용되는 셀지지부재 및 상기 이차전지셀의 측면을 감싸며 상기 셀지지부재에 결합되는 케이스부재를 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 하우징은, 상기 모듈 적층체의 상부에 배치되는 상부 커버와, 하부에 배치되는 하부 커버를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 하우징은, 상기 제2 커버에서 연장되며 상기 제1 커버의 반대 측면에 배치되는 제3 커버를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1 커버와 나란하게 배치되며, 상기 모듈 적층체의 측면 중 상기 전극탭이 배치되는 다른 한 측면과 마주보도록 형태로 배치되는 제3 커버를 더 포함하며, 상기 제1 커버와 상기 제3 커버는 각각 상기 제2 커버에서 연장되는 형태로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예의 에너지 저장 시스템은, 냉각 유로가 화염 통로와 완전히 분리되므로, 이차전지셀에서 화재가 발생하더라도 냉각 유로를 통해 다른 이차전지셀로 화재가 전이되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈을 도시한 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 모듈의 부분 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 셀 유닛을 도시한 사시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 도시한 사시도.
도 5는 도 4의 I-I'에 따른 단면도.
도 6은 도 4의 II-II'에 따른 단면도.
도 7은 도 6의 P 부분을 확대하여 도시한 도면.
도 8은 도 4의 III-III'에 따른 단면도.
도 9는 도 6의 Q 부분을 확대하여 도시한 단면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함하며, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호 또는 유사한 방식으로 부여된 참조 부호는 동일 구성 요소 또는 대응하는 구성요소를 지칭하는 것으로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈을 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 배터리 모듈의 부분 분해 사시도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 셀 유닛을 도시한 사시도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈은 다수의 이차전지셀(C)을 구비하는 셀 유닛(10)과 다수의 셀 유닛(10)을 일체로 형성하는 바디프레임부재(20), 전면 커버(25), 및 커버부재(30)를 포함한다.
셀 유닛(10)은 이차전지셀(C)이 수용되며, 이를 위해서 셀 유닛(10)은 셀지지부재(11)와 케이스부재(12)를 포함할 수 있다.
셀지지부재(11)는 이차전지셀(C)이 수용되는 공간을 제공한다. 구체적으로, 셀지지부재(11)의 양면에는 이차전지셀(C)의 형태에 대응되는 홈 형상의 안착부가 구비될 수 있다. 이에 이차전지셀(C)은 셀지지부재(11)의 양면에 형성되는 안착부에 삽입되며 셀지지부재(11)에 결합된다.
본 실시예에서 셀지지부재(11)는 일면에 2개씩 총 4개의 이차전지셀(C)을 수용한다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
케이스부재(12)는 이차전지셀(C)의 측면을 감싸는 형태로 셀지지부재(11)에 결합된다. 이를 위해서, 케이스부재(12)는 "ㄷ"자 형상으로 구비될 수 있다. 따라서 케이스부재(12)는 이차전지셀(C)이 결합된 셀지지부재(11)의 상부 또는 하부에서 셀지지부재(11)에 끼워져서 결합될 수 있다.
셀지지부재(11)는 케이스부재(12)와 결합되며, 이에 의해서, 이차전지셀(C)의 전극탭(E) 부분을 제외한 나머지 부분은 셀지지부재(11)와 케이스부재(12)에 의해 형성되는 공간 내에 배치된다.
이차전지셀(C)의 전극탭(E)은 셀지지부재(11)의 외부로 노출된다. 전극탭(E)에는 버스바(B)가 체결될 수 있다. 버스바(B)를 통해 이차전지셀(C)은 외부와 전기적으로 연결될 수 있다.
바디프레임부재(20)는 복수의 셀 유닛(10)을 일체로 결합하여 하나의 배터리 모듈(1)로 형성한다.
바디프레임부재(20)는 복수의 셀 유닛(10)이 수용되는 박스 형태일 수도 있고, 복수의 셀 유닛(10)이 서로 묶여지게 연계되는 바(bar) 형태의 프레임일 수도 있다.
본 실시예에서 바디프레임부재(20)는 셀지지부재(11)를 관통하며 배치되는 다수의 샤프트와 샤프트의 양단에 체결되어 셀 유닛의 움직임을 억제하는 마감부재를 포함할 수 있다. 예컨대, 본 실시예의 바디프레임부재(20)는 볼트, 너트와 같은 체결 부재를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
전면 커버(25)는 바디프레임부재(20)에 의해 결합된 배터리 모듈(1)의 일면에 배치되는 커버로, 열에 강한 금속 재질로 형성될 수 있다.
전면 커버(25)는 배터리 모듈(1)의 일면 전체를 덮는 형태로 배치될 수 있다.
또한 전면 커버(25)에는 셀 유닛(10)을 외부와 전기적으로 연결하기 위해 커넥터와 같은 연결 부재들이 배치될 수 있다.
다수의 배터리 모듈들(1)이 적층되는 경우, 전면 커버(25)는 도 4에 도시된 바와 같이 에너지 저장 시스템의 일 측면을 형성할 수 있다.
커버부재(30)는, 이차전지셀(C)의 전극탭(E)이 배치된 일측을 막는 형태로 바디프레임부재(20) 또는 셀지지부재(11)에 결합된다. 따라서 커버부재(30)는 전극탭(E)과 대면하는 위치에 배치되어 배터리 모듈(1)의 측면을 형성한다.
커버부재(30)에는 다수의 관통 구멍(32)이 구비된다. 관통 구멍(32)은 이차전지셀(C)에서 화염 발생 시 화염이나 가스가 배터리 모듈의 외부로 배출하는 통로로 이용된다. 따라서 관통 구멍(32)은 다수개가 커버부재(30) 전체에 고르게 배치될 수 있다.
커버부재(30)에 상기한 관통 구멍(32)이 없는 경우, 화염은 배터리 모듈(1)의 외부로 배출되기 어려우며, 이 경우 화염은 인접한 다른 이차전지셀으로 전이되기 쉽다.
상기한 상황을 방지하기 위해, 본 실시예의 커버부재(30)는 관통 구멍(32)을 구비하며, 이에 화염은 관통 구멍(32)을 통과하여 후술되는 화염 통로(F1) 측으로 불길이 형성될 수 있다. 이처럼 관통 구멍(32)은 화염을 화염 통로(F1)로 안내하는 기능도 제공한다.
커버부재(30)는 화염에 지속적으로 견뎌야 하므로, 열에 쉽게 변형되지 않는 소재로 형성된다. 따라서 커버부재(30)는 소재는 특별히 제한되지 않으며 고온의 열에 쉽게 녹거나 형상이 변형되지 않는 소재라면 모두 커버부재(30)의 소재로 이용될 수 있다.
이와 같이 구성되는 배터리 모듈(1)은 케이스부재(12)로 이차전지셀(C)을 감싸므로, 이차전지셀(C)에서 화염이 발생될 경우 대부분의 화염은 이차전지셀(C)의 전극탭(E)이 배치된 방향으로 향하게 된다. 이에 본 실시예에 따른 에너지 저장 시스템은 전극탭(E)이 배치된 방향에 화염 통로를 구비한다.
이어서 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템에 대해 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 도시한 사시도이고, 도 5는 도 4의 I-I'에 따른 단면도이며, 도 6은 도 4의 II-II'에 따른 단면도이다.
또한 도 7은 도 6의 P 부분을 확대하여 도시한 도면이고 도 8은 도 4의 III-III'에 따른 단면도이며, 도 9는 도 6의 Q 부분을 확대하여 도시한 단면도이다.
도면을 참조하면 본 실시예의 에너지 저장 시스템(100)은 전술한 배터리 모듈(1)을 다수 개 적층한 모듈 적층체(2)를 구비하며, 모듈 적층체(2)를 수용하는 하우징(150)을 포함한다.
하우징(150)은 모듈 적층체(2)의 상부에 결합되는 상부 커버(120)와, 하부에 결합되는 하부 커버(130), 그리고 모듈 적층체(2)의 측면을 감싸도록 배치되는 측면 커버(110)를 포함할 수 있다.
다수의 배터리 모듈(1)은 수직 방향으로 적층되어 하우징(150) 내에 수용된다. 이때, 다수의 배터리 모듈(1)은 전극탭(E)이 모두 동일한 방향을 향하도록 적층된다.
본 실시예의 배터리 모듈(1)은 전극탭(E)이 양방향으로 배치되는 이차전지셀(C)을 구비한다. 따라서 전극탭(E)은 서로 반대되는 두 방향을 향하도록 배치된다.
이에 따라, 하우징(150)은 전극탭(E)이 배치되는 모듈 적층체(2)의 측면과 마주보는 형태로 배치되는 제1, 제3 커버(110a, 110c), 그리고 제1 커버(110a)와 제3 커버(110c)를 연결하는 제2 커버(110b)를 포함한다. 따라서 제3 커버(110c)는 제2 커버(110b)에서 연장되며 제1 커버(110a)의 반대 측면에 배치된다.
여기서 제2 커버(110b)는 모듈 적층체(2)의 측면들 중 전극탭(E)이 배치되지 않는 측면과 마주보는 형태로 배치된다. 따라서 본 실시예에서 측면 커버(110)는 전체적으로 'ㄷ' 형상으로 형성된다.
보다 구체적으로, 측면 커버(110)인 제1 커버(110a), 제2 커버(110b), 및 제3 커버(110c)는 한 장의 금속 플레이트를 절곡하여 형성할 수 있다. 예컨대, 한 장의 금속 플레이트를 'ㄷ' 형상으로 절곡하여 서로 나란하게 배치되는 제1 커버(110a)와 제3 커버(110c) 그리고 제1 커버(110a)와 제3 커버(110c)를 일측에서 연결하는 제2 커버(110b)로 형성할 수 있다.
측면 커버를 이와 같이 구성하는 경우, 제1 커버(110a)와 제2 커버(110b)가 연결되는 부분, 그리고 제2 커버(110b)와 제3 커버(110c)가 연결되는 부분에 별도의 체결 부재가 결합되거나, 용접 불량으로 인해 틈이 형성되지 않으므로, 상기한 연결되는 부분들을 통해 화염이나 가스가 외부로 배출되는 것을 방지할 수 있다.
그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다.
측면 커버가 'ㄷ' 형상으로 형성됨에 따라, 본 실시예의 하우징(150)이 모듈 적층체(2)와 결합되면 도 4에 도시된 바와 같이 모듈 적층체(2)의 일면은 하우징(150)의 외부로 노출된다.
전술한 바와 같이, 노출된 모듈 적층체(2)의 일면은 금속 재질의 전면 커버(25)가 배치된다. 따라서 제1 커버(110a)와 제3 커버(110c)는 모듈 적층체(2)의 전면 커버(25)에 결합된다.
이때, 제1 커버(110a), 제3 커버(110c)와 전면 커버(25)가 결합된 부분에 틈이 형성되는 경우, 화염이나 연기가 상기한 틈을 통해 외부로 유출될 수 있다. 따라서, 상기한 틈이 형성되지 않도록, 제1 커버(110a), 제3 커버(110c)와 전면 커버(25)는 견고하게 결합될 수 있다.
이를 위해, 제1 커버(110a), 제3 커버(110c)는 모듈 적층체(2)와 접촉하는 차단벽(115)을 구비할 수 있다.
차단벽(115)은 제1 커버(110a), 제3 커버(110c)가 전면 커버(25)가 결합되는 부분을 따라 절곡되어 모듈 적층체(2)와 접촉하는 형태로 형성될 수 있다.
따라서 차단벽(115)은 화염 통로(F1)를 구획하는 부재로 기능하며, 차단벽(115)에 의해 화염 통로(F1)의 화염은 전면 커버(25) 측으로 노출되지 않는다.
제1 커버(110a)와 제3 커버(110c)는 모듈 적층체(2)와 일정 거리 이격 배치된다. 이를 위해, 도 5에 도시된 바와 같이 제1 커버(110a)와 제3 커버(110c)의 내부면에는 적어도 하나의 스페이서(180)가 배치될 수 있다.
스페이서(180)는 제1 커버(110a)와 모듈 적층체(2) 사이, 제3 커버(110c)와 모듈 적층체(2) 사이에 배치되어 모듈 적층체(2)와 제1, 제3 커버(110a, 110c) 간의 이격 거리를 유지시킨다.
스페이서(180)는 금속판을 절곡하여 형성할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 커버(110a)와 제3 커버(110c)를 배터리 모듈(1)과 이격시킬 수 있으며 화염에 일정 시간 견딜 수만 있다면 다양한 재질을 다양한 형태로 변형하여 이용할 수 있다.
본 실시예에서 제1 커버(110a)와 제3 커버(110c)가 모듈 적층체(2)와 이격 배치됨에 따라 하우징(150)과 모듈 적층체(2) 사이에 형성되는 공간은 화염을 유도하는 통로(F1, 이하, 화염 통로)로 기능한다.
전술한 바와 같이, 본 실시예의 배터리 모듈(1)은 이차전지셀(C)에서 화염이 발생되면, 화염이 전극탭(E) 측으로만 확산된다. 화염의 확산은 일차적으로 커버부재(30)를 통해 차단되지만, 커버부재(30)의 관통 구멍(32)을 통해 커버부재(30)의 외부로 확산되는 화염은 제1 커버(110a), 제3 커버(110c)와 모듈 적층체(2) 사이에 구비된 화염 통로(F1)로만 확산된다.
화염 통로(F1)로 확산된 화염은 화염 통로(F1)를 통해 에너지 저장 시스템(100)의 상부 방향(도 6의 화살표 방향)을 향하게 된다. 따라서 다른 배터리 모듈(1)로 화염이 확산되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 화염이 에너지 저장 시스템(100)의 외부로 노출되는 것을 방지하기 위해, 화염 통로(F1)에는 적어도 하나의 차단부재(170)가 구비될 수 있다.
본 실시예에서 차단부재(170)는 화염 통로(F1)의 최상단 측에 배치되며 금속 재질의 메쉬(mesh)망으로 형성된다. 메쉬망은 매우 촘촘한 메쉬 필터 형태로 형성되어 화염은 차단하고 가스나 연기만 통과시키도록 구성된다.
따라서 화염 통로(F1)로 확산된 화염은 차단부재(170)에 의해 에너지 저장 시스템(100) 외부로의 확산이 완전히 차단된다.
한편 모듈 적층체(2)의 상부에 결합되는 상부 커버(120)에는 가스나 연기를 배출할 수 있는 배기 구멍(125)이 구비될 수 있다. 배기 구멍(125)은 화염 통로(F1)와 대응하는 위치에 형성된다.
한편, 실시예에서 차단부재(170)는 화염 통로(F1)의 최상단 측에만 배치되나, 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 화염 통로(F1)의 다양한 위치에 추가적으로 배치될 수 있다.
또한 본 실시예에서 차단부재(170)는 메쉬망으로 한정되지 않으며, 다수의 구멍이 형성된 판을 다층으로 배치한 베플(baffle)의 형태로 형성하는 차단부재(170)를 형성하는 것도 가능하다. 이처럼 차단부재(170)는 화염 통로(F1)의 외부로 연기와 가스를 배출하면서 동시에 화염의 확산을 차단할 수만 있다면 다양한 형태로 변형될 수 있다.
또한 본 실시예의 에너지 저장 시스템(100)은 냉각 유로(C1, C2)를 구비한다.
냉각 유로(C1, C2)는 화염 통로(F1)와 완전히 분리된 독립적인 통로로 구성된다.
본 실시예의 냉각 유로(C1, C2)는 하우징(150)과 모듈 적층체(2) 사이에 구비되는 제1 냉각 유로(C1)와, 모듈 적층체(2)의 내부 즉 배터리 모듈들(1) 사이에 구비되는 제2 냉각 유로(C2)를 포함한다.
제1 냉각 유로(C1)는 제2 커버(110b)와 모듈 적층체(2) 사이의 공간으로 형성된다. 따라서 제2 커버(110b)는 모듈 적층체(2)와 일정 거리 이격 배치된다.
본 실시예는 제2 커버(110b)와 모듈 적층체(2) 사이에 스페이서를 배치하지 않는 경우를 예로 들고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 제2 커버(110b)의 크기에 따라 제2 커버(110b)와 모듈 적층체(2) 사이에 스페이서를 배치하는 것도 가능하다.
본 실시예에 따른 하우징(150)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 냉각 유로(C1)를 형성하기 위해, 하우징(150)을 부분적으로 절곡하여 격벽(160)을 형성한다.
격벽(160)은 제1 커버(110a)와 제2 커버(110b)가 연결되는 부분, 그리고 제3 커버(110c)가 제2 커버(110b)가 연결되는 부분을 따라 형성된다. 격벽(160)은 하우징(150)이 모듈 적층체(2)와 결합될 때 모듈 적층체(2)와 접촉하도록 구성된다.
따라서 격벽(160)은 제1 냉각 유로(C1)와 화염 통로(F1)를 구획하는 부재로 기능하며, 격벽(160)에 의해 화염 통로(F1)의 화염은 제1 냉각 유로(C1) 측으로 확산되지 않는다.
이처럼 한 장의 금속 플레이트를 절곡하여 격벽(160)을 형성하는 경우 별도의 부재 없이 한 장의 금속 플레이트만으로 제1 냉각 유로(C1)와 화염 통로(F1)를 형성할 수 있어 제조가 용이하며 제조 비용도 최소화할 수 있다.
제2 냉각 유로(C2)는 적층된 배터리 모듈들(1) 사이의 공간으로 형성된다. 즉, 도 8에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 에너지 저장 시스템(100)은 적층된 2개의 배터리 모듈(1) 사이에 공간을 형성하여 제2 냉각 유로(C2)로 이용한다.
이를 위해 배터리 모듈(1)은 도 9에 도시된 바와 같이 상부면에 돌출부(40)가 구비되고, 하부면에 삽입부(50)가 구비된다.
돌출부(40)에 의해, 적층된 각각의 배터리 모듈들(1)는 적층 방향을 따라 일정 간격 이격 배치되며, 이러한 배터리 모듈들(1) 사이의 공간은 제2 냉각 유로(C2)로 이용된다.
본 실시예에서 돌출부(40)는 이차전지셀들(C)의 길이 방향과 직교하는 방향을 따라 선형으로 형성되며, 배터리 모듈(1)의 상부면에서 일정 거리 상부로 돌출된다. 또한 삽입부(50)는 배터리 모듈들(1)을 수직 적층할 때, 돌출부(40)의 적어도 일부가 삽입되는 홈의 형태로 형성된다. 따라서 삽입부(50)는 배터리 모듈들(1)을 수직 적층할 때 돌출부(40)와 대면하는 위치에 배치된다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에서 돌출부(40)는 2개가 각각 배터리 모듈(1)의 상부면 중 전극탭(E)과 인접한 모서리 근처에서 상기 모서리와 나란하게 배치된다. 마찬가지로 삽입부(50)도 2개가 각각 배터리 모듈(1)의 하부면에서 전극탭(E)과 인접한 모서리와 나란하게 배치된다.
이에 제2 냉각 유로(C2)는 2개의 돌출부(40) 또는 2개의 삽입부(50) 사이의 공간으로 형성되며, 이차전지셀들(C)의 전극탭(E)이 배치되는 공간과 분리된다.
제2 냉각 유로(C2)는 일측이 제1 냉각 유로(C1)와 연결된다. 그리고 타측은 에너지 저장 시스템(100)의 외부와 연결된다. 따라서 에너지 저장 시스템(100) 외부의 공기는 제2 냉각 유로(C2)를 통해 에너지 저장 시스템(100)의 내부로 유입되고 제1 냉각 유로(C1)를 통해 에너지 저장 시스템(100)의 상부 또는 하부로 이동한 후 에너지 저장 시스템(100)의 외부로 배출된다. 효율적인 냉각을 위해, 제1 냉각 유로(C1)의 상부에는 냉각 팬이 구비될 수 있다.
본 실시예에서 돌출부(40)와 삽입부(50)는 셀지지부재(11)에 형성된다. 그러나 이에 한정되지 않으며 별도의 부재로 마련하여 배터리 모듈(1)에 결합하도록 구성하는 등 다양한 변형이 가능하다.
한편 본 실시예에서는 돌출부(40)가 배터리 모듈(1)의 상부면에 배치되고 삽입부(50)가 하부면에 배치되는 경우를 예로 들고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 돌출부(40)를 배터리 모듈(1)의 하부면에 배치하고 삽입부(50)를 배터리 모듈(1)의 상부면에 배치하는 등 다양한 변형이 가능하다.
더하여, 삽입부(50)를 생략하고 배터리 모듈(1)이 돌출부(40)만을 구비하도록 구성하는 것도 가능하다. 이 경우, 적층되는 배터리 모듈(1)을 정렬할 수 있는 다른 부재가 부가될 수 있다.
이와 같이 구성되는 본 실시예의 에너지 저장 시스템(100)은, 냉각 유로(C1, C2)가 화염 통로(F1)와 완전히 분리되므로, 이차전지셀(C)에서 화재가 발생하더라도 냉각 유로(C1, C2)를 통해 다른 이차전지셀(C)로 화재가 전이되는 것을 방지할 수 있다.
또한 배터리 모듈(1)의 전극탭(E) 측에 커버부재(30)를 배치하여 화염과 가스, 연기를 화염 통로(F1)로 유도하므로, 화염이 다른 이차전지셀(C)로 전이되는 것을 최소화한다.
또한 화염 통로(F1)와 차단부재(170)를 제공하여 화재 발생 시 화염이 하우징 내부의 화염 통로(F1)를 통해서만 확산되도록 유도하며, 차단부재(170)를 통해 화염이 하우징(150)의 외부로 확산되는 것을 차단한다. 따라서 어느 하나의 에너지 저장 시스템(100)에서 화재가 발생하더라도 화염이 다른 에너지 저장 시스템(100)으로 전이되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 화염 통로(F1)를 통해 화염이나 가스를 목적한 방향으로 유도할 수 있으므로, 급배기 및 소화시설 등과의 연계가 가능하다.
또한, 화염 및 가스가 측면 커버(110)나 차단 부재(170)를 통해 열을 방출할 수 있으므로, 이러한 냉각 효과를 통해 온도로 인한 화재 전이 가능성을 최소화할 수 있다.
더하여, 'ㄷ' 형상의 측면 커버가 배터리 모듈(1)의 전면 커버에 견고하게 결합되도록 구성되므로, 전면 커버 측으로 화염이 유출되는 것을 방지할 수 있으며, 외부에서 충격이 발생되더라도 하우징 구조를 견고하게 유지할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
1: 배터리 모듈
10: 셀 유닛
11: 셀지지부재
12: 케이스부재
20: 바디프레임부재
30: 커버부재
100: 에너지 저장 시스템
150: 하우징
170: 차단부재

Claims (15)

  1. 다수의 이차전지셀을 포함하고 일측 또는 양측으로 전극탭이 배치되는 배터리 모듈; 및
    다수의 상기 배터리 모듈을 적층한 모듈 적층체를 내부에 수용하는 하우징;
    을 포함하고,
    상기 하우징은,
    상기 모듈 적층체의 측면 중 상기 전극탭이 배치되는 적어도 한 측면과 마주보도록 배치되는 제1 커버; 및
    상기 모듈 적층체의 측면 중 상기 전극탭이 없는 측면 중 적어도 한 측면과 마주보도록 배치되는 제2 커버;
    를 포함하며,
    상기 제1 커버와 상기 모듈 적층체 사이에는 화염 통로가 형성되고, 상기 제2 커버와 상기 모듈 적층체 사이에는 냉각 유로가 형성되는 에너지 저장 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 커버와 상기 모듈 적층체 사이에 배치되어 상기 모듈 적층체와 상기 제1 커버 간의 이격 거리를 유지시키는 스페이서를 더 포함하는 에너지 저장 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 커버와 상기 제2 커버는 금속 플레이트를 절곡하여 형성하는 에너지 저장 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 유로는 상기 화염 통로와 분리된 독립적인 통로로 형성되는 에너지 저장 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 하우징은,
    상기 제1 커버와 상기 제2 커버가 연결되는 부분을 따라 배치되며, 상기 모듈 적층체와 접촉하도록 구성되어 상기 냉각 유로와 상기 화염 통로를 구획하는 격벽을 더 포함하는 에너지 저장 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 화염 통로 내에 배치되어 가스는 통과시키고 화염은 차단하는 차단 부재를 더 포함하는 에너지 저장 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 차단 부재는,
    화염 냉각을 위한 금속 재질의 다층 메쉬(mesh)망 또는 다층 베플(baffle)로 형성되는 에너지 저장 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    적층된 상기 배터리 모듈들 사이에 형성되어 상기 냉각 유로와 연결되는 제2 냉각 유로를 더 포함하는 에너지 저장 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    각각의 상기 배터리 모듈은 상부면 또는 하부면에서 돌출 형성되는 돌출부를 포함하며,
    상기 제2 냉각 유로는 상기 돌출부로 인해 이격 배치된 상기 배터리 모듈들 사이의 공간으로 형성되는 에너지 저장 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 돌출부는,
    상기 배터리 모듈의 모서리에 인접하게 배치되며, 상기 이차전지셀들의 길이 방향과 직교하는 방향을 따라 선형으로 배치되는 에너지 저장 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 배터리 모듈은,
    상기 다수의 이차전지셀을 수용하는 셀 유닛;
    다수의 상기 셀 유닛을 일체로 결합하는 바디프레임부재; 및
    상기 이차전지셀의 상기 전극탭이 배치된 일측 또는 양측에 결합되는 커버부재;
    를 포함하며,
    상기 커버부재는,
    상기 화염 통로와 상기 전극탭 사이에 배치되며, 화염 또는 가스가 통과하는 다수의 관통 구멍을 구비하는 에너지 저장 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 셀 유닛은,
    측면부에 상기 이차전지셀이 수용되는 셀지지부재; 및
    상기 이차전지셀의 측면을 감싸며 상기 셀지지부재에 결합되는 케이스부재;
    를 포함하는 에너지 저장 시스템.
  13. 제11항에 있어서, 상기 하우징은,
    상기 모듈 적층체의 상부에 배치되는 상부 커버와, 하부에 배치되는 하부 커버를 더 포함하는 에너지 저장 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 상기 하우징은,
    상기 제2 커버에서 연장되며 상기 제1 커버의 반대 측면에 배치되는 제3 커버를 더 포함하는 에너지 저장 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제1 커버와 나란하게 배치되며, 상기 모듈 적층체의 측면 중 상기 전극탭이 배치되는 다른 한 측면과 마주보도록 형태로 배치되는 제3 커버를 더 포함하며,
    상기 제1 커버와 상기 제3 커버는 각각 상기 제2 커버에서 연장되는 형태로 형성되는 에너지 저장 시스템.

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