KR20220048860A - 가스배출 구조를 구비한 ess 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 ESS 배터리 팩은 배터리 셀들을 수용할 수 있게 마련된 팩 케이스; 상기 팩 케이스의 상부 영역에 마련된 가스 방출구; 및 상기 가스 방출구를 차폐하도록 상기 팩 케이스에 결합된 방출구 커버;를 포함하고, 상기 방출구 커버는, 상기 팩 케이스의 내압이 미리 정한 압력보다 커질 때 상기 팩 케이스의 내압에 의해 오픈되게 마련될 수 있다.

Description

가스배출 구조를 구비한 ESS 배터리 팩{ESS battery pack with a gas discharge structure}
본 발명의 ESS 배터리 팩에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 ESS 배터리 팩의 방수, 방진을 만족하며 팩 케이스 내부의 배터리 셀들에서 가스가 발생하거나 팩 케이스 내부 발화시 가스나 연기를 팩 케이스 외부로 원활하게 방출시킬 수 있는 가스 배출 구조를 갖는 ESS 배터리 팩에 관한 것이다.
ESS(Energy Storage System) 배터리 팩은 이차전지 셀들을 구비하여 낮 동안 전력을 저장했다가 필요할 때 꺼내 사용할 수 있다. 이를테면, 이차전지 셀들에 태양광 패널이나 풍력 발전 등을 이용해 만든 전기를 저장했다가 꺼내 쓰는 형태이다.
상기 ESS 배터리 팩은 저장 용량에 따라 크기와 무게는 다르게 구성될 수 있으나 예컨대, 가정용 ESS 배터리 팩은 대략 120×80×20㎝ (높이×너비×두께) 정도의 직육면체 박스 형상으로 제공되고 브라켓 등으로 실내 또는 실외의 벽체 또는 기둥에 설치할 수 있게 제공될 수 있다.
한편, 이차전지 셀은 충방전 과정에서 과충전이 발생하거나 어떠한 요인에 의해 내부 쇼트가 발생할 경우, 온도가 상승하며 화학 반응으로 가스가 생성되고 상기 가스가 이차전지 셀들에서 새어나올 수 있다. 위와 같은 상황에서 이차전지 셀이 발화하게 될 경우 이차전지 셀들이나 다른 내장 부품들이 연소하면 불꽃과 연기가 발생하게 된다. 이때 상기 불꽃의 외부 유출을 막으면서 연기를 팩 케이스 외부로 신속히 배출시키지 않으면 ESS 배터리 팩이 폭발하는 등 2차 사고 위험이 높아질 수 있다.
이에 종래의 ESS 배터리 팩은, 도 1과 같이 팩 케이스(1)의 바닥면(1a)에 가스나 연기를 배출시킬 수 있는 가스 방출구(2a, 2b)를 구비한다. 상기 팩 케이스(1)의 바닥면에 구비된 가스 방출구(2a, 2b)는 화염이 외부로 유출되지 않게 하는데 효과적일 수 있다.
그런데 예컨대, 태풍 또는 홍수 등으로 인해 ESS 배터리 팩이 침수될 경우, 도 2와 같이, 물이 상기 가스 방출구(2a, 2b)를 통해 유입되거나 이물질이 통로를 막을 수 있다. 이때 팩 케이스 내부에서 발생된 가스를 외부로 방출하기 위한 유로가 확보되지 않는다. 결과적으로 비상시 가스를 팩 케이스 외부로 방출시킬 수 없게 되어 팩 케이스 내부에 축적된 가스가 스파크 등과 만나 ESS 배터리 팩의 폭발을 야기할 수 있다.
이에 방수, 방진 성능을 충족하면서 비상시 팩 케이스 내부에서 가스나 연기를 팩 케이스 외부로 원활하게 배출시킬 수 있는 새로운 가스 배출 구조가 요구되고 있다.
본 발명은, 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, ESS 배터리 팩의 방수, 방진을 만족하며 팩 케이스의 내부 발화시 또는 배터리 셀들에서 가스가 다량 발생할 경우, 가스를 팩 케이스 외부로 원활하게 방출시킬 수 있는 가스 배출 구조를 갖는 ESS 배터리 팩을 제공하는데 일 목적이 있다.
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.
상기 기술적 과제를 달성하기 위해 본 발명의 일 예에 따른 ESS 배터리 팩은, 배터리 셀들을 수용할 수 있게 마련된 팩 케이스; 상기 팩 케이스의 상부 영역에 마련된 가스 방출구; 및 상기 가스 방출구를 차폐하도록 상기 팩 케이스에 결합된 방출구 커버;를 포함하고, 상기 방출구 커버는, 상기 팩 케이스의 내압이 미리 정한 압력보다 커질 때 상기 팩 케이스의 내압에 의해 오픈되게 마련될 수 있다.
상기 방출구 커버를 상기 팩 케이스에 대해 회전 가능하게 하는 댐퍼 힌지를 포함하고, 상기 댐퍼 힌지는 최대 토크가 상기 미리 정한 압력에 대응하는 값으로 정해진 댐퍼를 구비할 수 있다.
상기 댐퍼 힌지는, 상기 팩 케이스의 일측에 고정 결합되는 제1 플레이트; 상기 제1 플레이트에 대해 회전 가능하게 연결되고 상기 방출구 커버의 상단부에 고정 결합되는 제2 플레이트; 및 상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트가 연결되는 부위에 개재되는 댐퍼를 포함할 수 있다.
상기 방출구 커버에 결합되고 상기 가스 방출구의 외곽에 배치되는 실링 부재를 포함할 수 있다.
상기 실링 부재는 함몰 형성된 홈부를 구비하고, 상기 방출구 커버는 상기 홈부에 억지 끼움 가능하게 마련된 끼움돌기를 구비할 수 있다.
상기 가스 방출구에 메쉬망이 구비되고 상기 메쉬망의 테두리 부위가 상기 실링 부재에 의해 압박 접촉되게 마련될 수 있다.
상기 팩 케이스는 내부 공간이 밀폐된 직육면체 박스 형상으로 마련되고, 상기 가스 방출구와 상기 방출구 커버는 상기 팩 케이스에서 전면 또는 양쪽 측면에 적어도 하나 이상 마련될 수 있다.
본 발명의 다른 예에 따른 ESS 배터리 팩은 상기 팩 케이스의 내부에서 상기 방출구 커버와 맞은 편에 위치하는 탄성지지체; 및 일단은 상기 탄성지지체와 연결되고, 타단은 상기 방출구 커버와 연결되는 스프링;을 포함할 수 있다.
상기 방출구 커버는 평상시 상기 팩 케이스의 벽면으로부터 돌출되지 않게, 상기 팩 케이스의 벽체 속에 개재되고, 상기 팩 케이스는 상기 방출구 커버가 상기 팩 케이스 내부 공간으로 들어가지 않게 상기 방출구 커버에서 상기 팩 케이스 내부 공간을 향하는 면을 지지하는 스토퍼부를 구비할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 상술한 ESS 배터리 팩을 포함하는 에너지 저장장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 평상시 ESS 배터리 팩의 방수, 방진을 만족하며 팩 케이스 내부 발화시 또는 배터리 셀들에서 가스가 다량 발생하는 등이 비상시 가스를 팩 케이스 외부로 원활하게 방출시킬 수 있는 가스 배출 구조를 갖는 ESS 배터리 팩이 제공될 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
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 1은 종래 기술에 따른 ESS 배터리 팩의 가스 배출 경로를 나타내기 위한 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 ESS 배터리 팩의 문제점을 설명하기 위한 참고 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 배터리 팩을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3의 팩 케이스의 가스 방출구 영역의 확대도이다.
도 5는 도 3의 팩 케이스, 가스 방출구, 방출구 커버의 구조를 도시한 단면도이다.
도 6은 도 5의 부분 확대도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 방출구 커버의 닫힌 상태와 열린 상태를 도시한 도면들이다.
도 9는 도 7에 대응하는 도면으로, 도 7의 변형예를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 방출구 커버의 구성을 도시한 도면이다.
도 11은 도 10의 방출구 커버의 열린 상태를 도시한 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 아니되며, 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.
본 발명의 실시형태는 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이므로 도면에서의 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시될 수 있다. 따라서, 각 구성요소의 크기나 비율은 실제적인 크기나 비율을 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 배터리 팩을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 4는 도 3의 팩 케이스의 가스 방출구 영역의 확대도이며, 도 5는 도 3의 팩 케이스, 가스 방출구, 방출구 커버의 구조를 도시한 단면도이다.
이들 도면들은 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 배터리 팩은, 배터리 셀(미도시)들과, 상기 배터리 셀들을 수용하는 팩 케이스(10), 상기 팩 케이스(10)의 상단부에 마련되는 가스 방출구(20), 가스 방출구(20)를 차폐하는 방출구 커버(30), 상기 방출구 커버(30)의 열림과 닫힘을 조절하기 위한 댐퍼 힌지(40), 상기 가스 방출구(200)의 외곽에 구비되는 실링 부재(50)를 포함한다.
배터리 셀(미도시)로는 리튬이온 이차전지가 채용될 수 있고, 상기 리튬이온 이차전지는 전극 조립체, 전해액 및 이들을 밀봉시키는 외장재를 포함한다. 배터리셀은 외장재의 형태에 따라 파우치형, 원통형, 각형으로 구분될 수 있는데, 특정 형상으로 제한될 필요는 없다.
상기 전극 조립체는, 전극과 분리막의 조립체로서, 하나 이상의 양극판 및 하나 이상의 음극판이 분리막을 사이에 두고 배치된 형태로 구성될 수 있다. 전극 조립체의 각 전극판에는 전극 탭이 구비되어 전극 리드와 연결될 수 있다. 예컨대 파우치형 이차전지의 경우, 하나 이상의 전극 탭이 전극 리드와 연결될 수 있다. 상기 전극 리드는 파우치 외장재 사이에 개재되어 일단이 외부로 노출됨으로써 전극 단자로서 기능할 수 있다.
이러한 이차전지의 구성에 대해서는, 본원발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 자명한 사항이므로, 보다 상세한 설명을 생략한다. 본 발명에 따른 ESS 배터리 팩에는, 본원발명의 출원 시점에 공지된 다양한 이차전지가 채용될 수 있다.
팩 케이스(10)는 바닥면을 형성하는 베이스 플레이트(11), 천정면을 형성하는 탑 플레이트(12) 그리고 중공 구조로 형성된 케이스 본체(13)를 포함할 수 있다. 상기 케이스 본체(13)는 압출 성형으로 제작될 수 있고 팩 케이스(10)의 전면(13a), 후면, 그리고 양쪽 사이드면을 형성한다.
상기 베이스 플레이트(11)와 상기 케이스 본체(13)의 하단 그리고 상기 탑 플레이트(12)와 상기 케이스 본체(13)의 상단은 볼팅 방식과 후킹 방식을 적용하여 상호 결합할 수 있게 구성될 수 있다.
이러한 팩 케이스(10)는 대략 직육면체 박스 형상으로 마련되고 내부 공간(S)이 베이스 플레이트(11), 탑 플레이트(12) 및 케이스 본체(13)로 둘러싸여 밀폐될 수 있고, 배터리 셀들을 포함한 내부 구성품들을 외부 충격이나 진동으로부터 보호할 수 있게 기계적 강성이 높은 금속 재질로 마련될 수 있다.
가스 방출구(20)는 상기 팩 케이스(10)의 상부 영역에 마련된다. 여기서 상기 팩 케이스(10)의 상부 영역이란, 팩 케이스(10)를 세웠을 때 팩 케이스(10)의 중심을 지나는 가상의 수평 라인보다 높은 영역으로 이해될 수 있다. 상기 구성에 따르면, 배경기술에서 언급한 종래 기술에 따른 바닥면에 가스 방출구(2a, 2b)가 있는 경우(도 2 참조)와 달리, 팩 케이스(10)가 완전히 침수되지 않는 한 상기 가스 방출구(20)를 통해 팩 케이스(10) 내부로 물이 유입된다든지 상기 가스 방출구가 이물질로 막히는 등의 상황은 일어나기 어렵다.
본 실시예의 가스 방출구(20)는 팩 케이스(10)의 전면(13a)에 마련되어 있는데, 이는 예시적인 것이며 케이스 본체(13)의 배면, 양쪽 측면 또는 탑 플레이트(12)에 가스 방출구(20)를 마련해도 된다. 또한, 상기 가스 방출구(20)를 2개 이상 마련할 수도 있다. 즉, ESS 배터리 팩의 용량, 팩 케이스(10)의 크기 등을 고려하여 가스 방출구(20) 및 방출구 커버(30)를 여러 곳에 복수 개 마련할 수 있다.
참고로, 팩 케이스(10) 내부에는 배터리 셀들에서 발생한 가스를 포집하고 상기 가스 방출구(20)까지 이어지는 가스 유로(미도시)가 구비될 수 있다.
본 실시예는 상기 가스 방출구(20)가 사각 형태로 구현되어 있으나 이에 한정되지 않고 가스 방출구는 필요에 따라 원형, 타원형, 다각형 등 다양한 형태와 크기로 구현될 수 있다.
이러한 가스 방출구(20)는 메쉬망(22)으로 1차로 커버될 수 있다. 상기 메쉬망(22)은 팩 케이스(10) 외부의 이물질 유입을 막는 역할을 한다. 상기 메쉬망(22)은 홀의 크기가 가로 1mm × 세로 1mm 이하로 마련되는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 메쉬망(22)은 스테인리스 스틸과 같이 강성이 좋은 재질로 제작될 수 있다. 그러나 반드시 스테인리스 재질일 필요는 없으며, 내열성과 내구성이 좋은 재질이라면 어떠한 것이라도 무방할 수 있다.
상기 가스 방출구(20)는 방출구 커버(30)에 의해 2차로 커버될 수 있다.
상기 방출구 커버(30)는 적어도 가스 방출구(20)보다 큰 사이즈의 판상체 형태로 팩 케이스(10)에 결합되고 평상시 상기 가스 방출구(20)가 밀폐되게 차폐한다. 즉, 평상시 가스 방출구(20)가 상기 방출구 커버(30)로 차폐되어 있어 수분이나 먼지가 팩 케이스 내부로 유입되지 않는다.
하지만, 팩 케이스(10) 내부 발화시 또는 배터리 셀들에서 가스가 새어나와 팩 케이스(10) 내부에 가스가 축적된 때는, 연기나 가스를 팩 케이스(10) 외부로 내보내기 위해 방출구 커버(30)가 열리도록 구성되어 있다.
비상시 상기 방출구 커버(30)의 작동 구성에 대해 설명하면 다음과 같다.
상기 방출구 커버(30)는 상기 팩 케이스(10)의 내압이 미리 정한 압력보다 커질 때 상기 팩 케이스(10)의 내압에 의해 오픈되게 구성된다.
여기서 미리 정한 압력은, 팩 케이스(10)의 내부 발화시 또는 배터리 셀들에서 가스가 다량 발생한 때의 팩 케이스(10)의 내압을 사전에 측정한 압력 값을 의미한다. 상기 미리 정한 압력은 팩 케이스(10)의 재질이나 부피 등에 따라 차이가 있을 수 있다.
구체적으로 본 실시예는 팩 케이스의 전면(13a) 상단부에 방출구 커버(30)를 회전 가능하게 장착하되, 팩 케이스의 내압을 일정 수준이상 견딜 수 있게 댐퍼 힌지(40)를 이용한다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 댐퍼 힌지(40)는 제1 플레이트(41), 제2 플레이트(42) 및 댐퍼(43)를 포함한다. 상기 제1 플레이트(41)와 상기 제2 플레이트(42)는 상대 회전 가능하게 서로 연결되고, 상기 연결 부위에 댐퍼(43)가 개재될 수 있다. 상기 댐퍼(43)는 외관을 형성하는 본체, 상기 본체 내부의 베인, 실리콘 오일, 베인과 연결되고 본체 내외로 연장되는 회전축을 포함할 수 있다. 상기 회전축은 예컨대 제2 플레이트(42)와 연결되어 상기 제2 플레이트(42)와 함께 회동할 수 있다. 상기 댐퍼(43)의 토크는 반시계 방향, 즉 방출구 커버(30)가 닫히는 방향으로 작용하게 구성될 수 있다. 여기서 상기 댐퍼(43)는 최대 토크가 상기 미리 정한 압력에 대응하는 값으로 정해진다.
이러한 댐퍼 힌지(40)는 기본적으로 댐퍼(43)의 토크 때문에 제1 플레이트(41)에 대해 제2 플레이트(42)가 반시계 방향으로 회전하려는 성질을 갖고 있다. 따라서 상기 제1 플레이트(41)를 팩 케이스의 전면(13a)에 부착하고 상기 제2 플레이트(42)를 방출구 커버(30)를 부착하면 방출구 커버(30)가 가스 방출구(20)를 덮으려는 방향으로 토크가 작용한다.
평상시 팩 케이스(10)의 내압은 상기 미리 정한 압력보다 작다. 따라서 방출구 커버(30)는, 도 7에 도시한 바와 같이, 상기 댐퍼(43)의 토크로 인해 닫힌 상태가 유지될 수 있다.
그러나 팩 케이스(10)의 내부 발화시 또는 배터리 셀들에서 가스가 다량 발생한 경우와 같은 비상시에는, 팩 케이스(10)의 내압이 상기 미리 정한 압력보다 커진다. 즉, 팩 케이스(10)의 내압이 댐퍼(43)의 최대 토크보다 커짐에 따라 방출구 커버(30)가 시계 방향으로 회전할 수 있게 된다. 이때 팩 케이스(10) 내부의 연기 또는 가스가, 도 8에 도시한 바와 같이, 가스 방출구(20)를 통해 팩 케이스(10) 외부로 방출될 수 있다.
이후 상기 연기 또는 가스가 팩 케이스(10) 내부에서 충분히 빠져나가면 팩 케이스(10)의 내압이 상기 미리 정한 압력보다 낮아지게 되고 방출구 커버(30)가 댐퍼(43)의 토크에 의해 다시 반시계 방향으로 회전하여 원래대로 가스 방출구(20)를 차폐한다.
상기 가스 방출구(20)는 탑 플레이트(12)보다는 케이스 본체(13)에 구비되는 것이 바람직하다. 가스 방출구(20)가 케이스 본체(13)의 있으면, 팩 케이스(10)의 내부 발화시 가스 방출구(20)를 통해 화염이 외부로 새어나가지 않게 하면서 연기나 가스만 방출하는데 유리하다.
부연하면, 화염은 상부 방향으로 치솟는 경향이 강하기 때문에 가스 방출구(20)가 탑 플레이트(12)에 있으면, 방출구 커버(30)가 열릴 때 가스와 함께 외부로 새어 나가기 쉽다. 그러나 본 실시예 처럼 가스 방출구(20)가 케이스 본체(13)의 전면(13a)에 있으면 화염이 방출구 커버(30)에 막혀 상부로 쉽게 새어 나가지 못한다. 특히, 토크가 팩 케이스(10)의 내부 방향을 향하도록 구성한 댐퍼 힌지(40)의 특성상 팩 케이스(10)의 내압에 의해 방출구 커버(30)가 오픈된다 하여도 상기 방출구 커버(30)의 회전이 작은 예각 범위 이내로 제한될 수 있어 불꽃이 외부로 쉽게 새어나가지 않는다.
본 실시예는 적용하지 않았으나, 상기 방출구 커버(30)의 회전 각도를 확실히 제한할 수 있게 각도 제한수단을 추가해도 좋다. 예컨대, 방출구 커버(30)가 팩 케이스(10)의 바깥쪽 방향으로 30도이상 회전하지 못하게 댐퍼 힌지(40)의 제1 플레이트(41)와 제2 플레이트(42) 사이에 각도 제한핀을 추가하는 방안을 고려해 볼 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS 배터리 팩은 평상시 방수, 방진 기능을 위해 실링 부재(50)를 더 포함한다. 상기 실링 부재(50)는 상기 방출구 커버(30)에 결합 가능하게 마련되고 상기 가스 방출구(20)의 외곽에 접촉하게 배치될 수 있다. 이때 전술한 메쉬망(22)의 테두리 부위가 상기 실링 부재(50)에 의해 압박 접촉될 수 있게 구성될 수 있다.
본 실시예의 실링 부재(50)는 고무 재질의 사각 링 형태로 상기 방출구 커버(30)의 안쪽 테두리에 탈부착 가능하게 마련된다. 상기 실링 부재(50)는 표면으로부터 함몰 형성된 홈부를 구비하고, 방출구 커버(30)는 상기 홈부에 억지 끼움 가능하게 마련된 끼움돌기(32)를 더 구비한다. 그리고 상기 끼움돌기(32)는 끝단의 크기가 다른 부분보다 크게 형성되고, 상기 홈부는 상기 끼움돌기(32)와 형합하는 형상으로 형성되어 있어 상기 끼움돌기(32)를 홈부에 억지끼움 결합하면 서로 쉽게 분리되지 않을 수 있다.
이러한 구성으로 상기 실링 부재(50)는 방출구 커버(30)와 일체로 움직일 수 있고 상기 방출구 커버(30)가 닫힌 상태에서 상기 가스 방출구(20)의 외곽에 배치될 수 있다.
본 실시예는 상기 실링 부재(50)를 방출구 커버(30)에 탈부착할 수 있게 구성하였지만, 본 실시예와 달리 상기 실링 부재(50)를 가스 방출구(20) 외곽, 팩 케이스(10)의 전면에 부착해도 좋다.
이러한 상기 실링 부재(50)는 평상시 가스 방출구(20)와 방출구 커버(30) 사이의 들뜸 공간을 없애주어 수분이나 먼지의 침투를 막는데 효과적으로 작용하고 충격을 완충시키고 방출구 커버(30)의 위치 고정성을 좋게 한다.
도 9는 도 7에 대응하는 도면으로, 도 7의 변형예를 도시한 도면이다.
도 7에 따른 실시예는 방출구 커버(30)를 팩 케이스(10)의 전면 외측에 결합한 것이고, 도 9는 도 7의 변형예로서 상기 방출구 커버(30)를 팩 케이스(10)의 벽체 속에 매립한 것이라 할 수 있다.
본 변형예는 전술한 실시예와 팩 케이스(10) 전면 벽체의 구성에 차이가 있고 나머지는 실질적으로 동일하다. 이를테면, 도 9에 도시한 바와 같이, 팩 케이스(10)의 전면 벽체는 상기 방출구 커버(30)가 매입되는 영역에 상기 방출구 커버(30)의 가로×세로에 대응하는 사이즈의 제1홀과 상기 가스 방출구(20)의 가로×세로에 대응하는 제2홀을 구비한다. 방출구 커버(30)+실링 부재(50)의 두께는 제1홀의 깊이(P1)와 동일하게 마련되고, 실링 부재(50)는 제2홀의 바깥쪽에 형성되는 확장판면(P2)에 접촉하게 구성될 수 있다. 가스 방출구(20)에 메쉬망(22)이 구비되고, 상기 메쉬망(22)의 테두리 부위는 상기 실링 부재(50)에 압박 접촉되게 될 수 있다.
상기 변형예에 따르면, 매립형으로 방출구 커버(30)가 팩 케이스(10)의 전면 벽체에 돌출되지 않도록 할 수 있어 전술한 실시예 보다 방수, 방진 성능 및 내충격성이 좋고, 팩 케이스(10) 외관이 컴팩하게 구현될 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 방출구 커버(30)의 구성을 도시한 도면이고, 도 11은 도 10의 방출구 커버(30)의 열린 상태를 도시한 도면이다.
이하에서는 도 10 및 도 11을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 ESS 배터리 팩을 설명한다.
본 실시예에 따른 ESS 배터리 팩은 전술한 실시예의 ESS 배터리 팩과 비교할 때, 방출구 커버(30A)의 조립 구조 및 작동이 상이하고 다른 구성은 실질적으로 동일하다. 따라서 전술한 실시예와 동일한 구성에 대한 중복된 설명은 생략하고 방출구 커버(30A)의 조립 구조 및 작동 방식을 중심으로 설명한다.
도 10에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 ESS 배터리 팩은, 팩 케이스(10)의 내부에서 상기 방출구 커버(30A)와 맞은 편에 위치하는 탄성지지체(61), 일단은 상기 탄성지지체(61)와 연결되고, 타단은 상기 방출구 커버(30)와 연결되는 스프링(62)을 포함한다.
상기 탄성지지체(61)는 팩 케이스(10) 내부 위치하되, 가스 방출구(20)와 소정 간격 떨어진 위치에 구비된다. 도면의 편의상 탄성지지체(61)를 간략히 도시하였으나, 상기 탄성지지체(61)는 그레이팅 구조의 판상체로 이루어지고 적어도 일측에 전면(13a) 벽체나 팩 케이스(10) 내부의 다른 구조물에 연결되어 항시 위치가 고정되게 구성될 수 있다.
상기 스프링(62)은 평상시 방출구 커버(30A)를 잡아당겨 닫힌 상태로 만들고 비상시에는 팩 케이스(10)의 내압에 의해 방출구 커버(30A)가 오픈시키는 작용을 할 수 있다.
이를테면, 평상시에는 스프링(62)의 압축력에 의해 방출구 커버(30A)가 팩 케이스(10)의 전면(13a) 벽체에 개재된 상태가 유지되어 가스 방출구(20)가 차폐될 수 있다. 팩 케이스(10)의 내부 발화시 또는 배터리 셀들에서 가스가 다량 발생한 때는 팩 케이스(10)의 내압이 작용해 방출구 커버(30A)가 팩 케이스(10)의 전면(13a) 벽체에서 분리되어 가스 방출구(20)와 방출구 커버(30A)의 틈새를 통해 가스가 외부로 방출될 수 있다. 이후 팩 케이스(10)의 내압이 다시 감소하면 스프링(62)의 복원력이 작용해 방출구 커버(30A)가 원위치 되어 가스 방출구(20)가 차폐될 수 있다.
본 실시예의 경우, 상기 스프링(62)의 스프링(62) 상수 값에 따라 방출구 커버(30A)가 일정 압력 이상에서 오픈되게 구성된다. 즉, 본 실시예는 전술한 미리 정한 압력이 작용할 때 유의미한 변형이 일어나는 스프링(62) 상수를 갖는 스프링(62)을 사용하여 전술한 실시예의 댐퍼 힌지(40)를 대체한 것이라 할 수 있다.
또한, 본 실시예의 방출구 커버(30)는 평상시 상기 팩 케이스(10)의 전면(13a)으로부터 돌출되지 않게, 상기 팩 케이스(10)의 전면(13a) 벽체 속에 개재되게 구성된다. 그리고 도면에 도시한 바와 같이, 상기 팩 케이스(10)의 전면(13a) 벽체는 가스 방출구(20) 영역에 스토퍼부(K)를 구비한다. 상기 스토퍼부(K)는 상기 방출구 커버(30)가 상기 팩 케이스(10) 내부 공간으로 들어가지 않게 잡아주는 역할을 한다.
또한, 본 실시예의 방출구 커버(30)는 고무 재질 또는 실리콘 재질로 마련될 수 있다. 고무 재질 또는 실리콘 재질의 방출구 커버(30)를 사용함으로써 전술한 실시예의 실링 부재(50)를 생략하여도 방수, 방진이 가능하고 방출구 커버(30)를 여닫을 때 충격을 완화시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 구성을 갖는 ESS 배터리 팩은 방수, 방진 성능을 유지할 수 있으며, 팩 케이스(10)의 내부 발화시 또는 배터리 셀들에서 가스가 다량 발생하는 등의 비상시에 방출구 커버(30,30A)가 열릴 수 있어 가스를 외부로 원활하게 방출시킬 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 에너지 저장장치는 상술한 ESS 배터리 팩을 하나 이상 포함하여 구성될 수 있다. 상기 에너지 저장장치는 상기 ESS 배터리 팩외에 상기 ESS 배터리 팩을 다수 개 수납할 수 있는 공간을 제공하는 컨테이너, 다수의 ESS 배터리 팩을 통합적으로 제어하기 위한 배터리 관리 시스템(Battery Management System), ESS 배터리 팩들의 온도를 관리하기 위한 냉각 장치들을 더 포함할 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
한편, 본 명세서에서는. 상, 하, 좌, 우 등과 같이 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 관측자의 보는 위치나 대상의 놓여져 있는 위치 등에 따라 다르게 표현될 수 있음은 본 발명의 당업자에 게 자명하다.
10 : 팩 케이스
11 : 베이스 플레이트
12 : 탑 플레이트
13 : 케이스 본체
20 : 가스 방출구
22 : 메쉬망
30 : 방출구 커버
32 : 끼움돌기
40 : 댐퍼 힌지
41 : 제1 플레이트
42 : 제2 플레이트
43 : 댐퍼
50 : 실링 부재
61 : 탄성 지지체
62 : 스프링

Claims (10)

  1. 배터리 셀들을 수용할 수 있게 마련된 팩 케이스;
    상기 팩 케이스의 상부 영역에 마련된 가스 방출구; 및
    상기 가스 방출구를 차폐하도록 상기 팩 케이스에 결합된 방출구 커버;를 포함하고,
    상기 방출구 커버는, 상기 팩 케이스의 내압이 미리 정한 압력보다 커질 때 상기 팩 케이스의 내압에 의해 오픈되게 마련된 것을 특징으로 하는 ESS 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 방출구 커버를 상기 팩 케이스에 대해 회전 가능하게 하는 댐퍼 힌지를 포함하고,
    상기 댐퍼 힌지는, 최대 토크가 상기 미리 정한 압력에 대응하는 값으로 정해진 댐퍼를 구비하는 것을 특징으로 하는 ESS 배터리 팩.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 댐퍼 힌지는,
    상기 팩 케이스의 일측에 고정 결합되는 제1 플레이트;
    상기 제1 플레이트에 대해 회전 가능하게 연결되고 상기 방출구 커버의 상단부에 고정 결합되는 제2 플레이트; 및
    상기 제1 플레이트와 상기 제2 플레이트가 연결되는 부위에 개재되는 댐퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 ESS 배터리 팩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 방출구 커버에 결합되고 상기 가스 방출구의 외곽에 배치되는 실링 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 ESS 배터리 팩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 실링 부재는 함몰 형성된 홈부를 구비하고,
    상기 방출구 커버는 상기 홈부에 억지 끼움 가능하게 마련된 끼움돌기를 구비하는 것을 특징으로 하는 ESS 배터리 팩.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 가스 방출구에 메쉬망이 구비되고 상기 메쉬망의 테두리 부위가 상기 실링 부재에 의해 압박 접촉되게 마련된 것을 특징으로 하는 ESS 배터리 팩.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 팩 케이스는 내부 공간이 밀폐된 직육면체 박스 형상으로 마련되고,
    상기 가스 방출구와 상기 방출구 커버는 상기 팩 케이스에서 전면 또는 양쪽 측면에 적어도 하나 이상 마련된 것을 특징으로 하는 ESS 배터리 팩.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 팩 케이스의 내부에서 상기 방출구 커버와 맞은 편에 위치하는 탄성지지체; 및
    일단은 상기 탄성지지체와 연결되고, 타단은 상기 방출구 커버와 연결되는 스프링;을 포함하는 것을 특징으로 하는 ESS 배터리 팩.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 방출구 커버는 평상시 상기 팩 케이스의 벽면으로부터 돌출되지 않게, 상기 팩 케이스의 벽체 속에 개재되고,
    상기 팩 케이스는 상기 방출구 커버가 상기 팩 케이스 내부 공간으로 들어가지 않게 상기 방출구 커버에서 상기 팩 케이스의 내부 공간을 향하는 면을 지지하는 스토퍼부를 구비하는 것을 특징으로 하는 ESS 배터리 팩.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 ESS 배터리 팩을 포함하는 에너지 저장장치.
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WO2024048985A1 (ko) * 2022-08-31 2024-03-07 주식회사 엘지에너지솔루션 배터리 팩, 배터리 모듈 및 이를 포함하는 자동차

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