WO2020075962A1 - 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙 및 이러한 배터리 랙을 포함하는 전력 저장 장치 - Google Patents

배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙 및 이러한 배터리 랙을 포함하는 전력 저장 장치 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a battery module, a battery rack including such a battery module, and a power storage device including such a battery rack.
  • the secondary battery having high applicability according to the product group, and having electrical characteristics such as high energy density, etc. is not only portable equipment, but also electric vehicles (EV, Electric Vehicle) or hybrid vehicles (HEV, Hybrid Electric Vehicle) driven by electric driving sources. It is used universally.
  • This secondary battery is drawing attention as a new energy source for eco-friendliness and energy efficiency improvement, in that not only does not generate any by-products due to the use of energy, as well as a primary advantage that can dramatically reduce the use of fossil fuels.
  • a battery pack may be configured by connecting a plurality of battery cells in series.
  • a battery pack may be configured by connecting a plurality of battery cells in parallel according to the charge / discharge capacity required for the battery pack. Accordingly, the number of battery cells included in the battery pack may be variously set according to a required output voltage or charge / discharge capacity.
  • a battery pack when a battery pack is configured by connecting a plurality of battery cells in series / parallel, a battery module including at least one battery cell is configured first, and other components are added using the at least one battery module. It is common to construct a battery pack or a battery rack. In the case of configuring the battery rack, the power storage device may be configured in a plurality.
  • a cooling unit of water cooling type or air cooling type may be provided for cooling the battery module.
  • the cooling unit of the battery module of the air-cooled structure generally includes a cooling air supply unit and a cooling air discharge unit. Meanwhile, when a high temperature situation occurs due to abnormal heat generation of at least one of the battery cells, high temperature gas and a flame may occur inside the battery module.
  • an object of the present invention when a high temperature situation occurs due to abnormal heat generation in the battery module of the air-cooled structure, a battery module capable of discharging hot gas and flame to the outside more quickly, a battery rack including such a battery module And it is to provide a power storage device including such a battery rack.
  • the present invention as a battery module, a plurality of battery cells; A module case accommodating the plurality of battery cells, and having internal cooling passages formed on both sides of the plurality of battery cells; At least one opening facing the internal cooling flow path of the module case, and provided on both side surfaces of the module case; And a pair of film members mounted on both sides of the module case so as to cover the at least one opening, and opening the at least one opening while melting at a predetermined temperature or higher. to provide.
  • the opening may be provided in plural, and the plurality of openings may be arranged to be spaced apart from each other along a length direction of the module case.
  • the pair of film members may have a size capable of covering all of the plurality of openings.
  • the openings are provided in a pair, and the pair of openings may be provided on both sides of the module case.
  • the pair of openings may be provided in a mesh shape.
  • the pair of film members may have a size capable of covering the pair of openings, respectively.
  • the battery module may be provided in the module case, and may include a cooling unit for supplying cooling air to the internal cooling channel and discharging the cooling air out of the module case.
  • the cooling unit includes a cooling air supply unit provided on one side of the module case and providing the cooling air to the internal cooling flow path; And it is provided on the other side of the module case, the cooling air discharge unit for discharging the cooling air inside the internal cooling passage out of the module case.
  • the present invention as a battery rack, at least one battery module according to the above-described embodiments; It provides a battery rack comprising a; and a rack case for packaging the at least one battery module.
  • the present invention as a power storage device, provides a power storage device comprising at least one battery rack according to the above-described embodiment.
  • a battery module capable of discharging hot gas and flame to the outside more quickly, including such a battery module
  • a battery rack and a power storage device including the battery rack can be provided.
  • FIG. 1 is a view for explaining a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the battery module of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a side view of the battery module of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a view for explaining a state when the battery module of FIG. 1 is cooled.
  • 5 and 6 are views for explaining the appearance of the battery module of FIG. 1 in a high temperature situation over a predetermined temperature.
  • FIG. 7 is a view for explaining a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a side view of the battery module of FIG. 7.
  • FIG. 9 is a view for explaining a state in a high temperature situation above a predetermined temperature of the battery module of FIG. 7.
  • FIG. 10 is a view for explaining a battery rack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a view for explaining a battery module according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the battery module of FIG. 1
  • FIG. 3 is a side view of the battery module of FIG. 1.
  • the battery module 10 may include a battery cell 100, a module case 200, a cooling unit 300, an opening 400, and a film member 500.
  • the battery cell 100 as a secondary battery, may be provided as a pouch-shaped secondary battery, a square secondary battery or a cylindrical secondary battery.
  • the battery cell 100 will be described as being limited to a pouch type secondary battery.
  • a plurality of such battery cells 100 may be provided.
  • the plurality of battery cells 100 may be arranged to be stacked with each other so that they can be electrically connected to each other.
  • the module case 200 may accommodate the plurality of battery cells 100. To this end, an accommodation space for accommodating the plurality of battery cells 100 may be provided in the module case 200.
  • the module case 200 may include an internal cooling flow path 250.
  • the internal cooling passage 250 may be provided on both sides of the plurality of battery cells 100 inside the module case 200.
  • the internal cooling passage 250 may be arranged to communicate with the cooling unit 300 to be described later.
  • the cooling unit 300 is for cooling the battery cells 100 and may be provided by air cooling.
  • the cooling unit 300 may be provided in the module case 200, supply cooling air to the internal cooling flow path 250, and discharge the cooling air out of the module case 200.
  • the cooling unit 300 may include a cooling air supply unit 310 and a cooling air discharge unit 330.
  • the cooling air supply unit 310 may be provided on one side of the module case 200, specifically, in front of the module case 200, and provide the cooling air to the internal cooling flow path 250.
  • the cooling air supply unit 310 may be provided with a cooling supply fan unit for facilitating supply of cooling air to the internal cooling flow path 250 inside the module case 200.
  • the cooling air discharge unit 330 is provided on the other side of the module case 200, specifically, behind the module case 200, and the cooling air inside the internal cooling flow path 250 is provided in the module case. (200) can be discharged out.
  • the cooling air discharge unit 330 may be provided with a cooling discharge fan unit for facilitating discharge of cooling air on the side of the internal cooling flow path 250 inside the module case 200.
  • the cooling air discharge unit 330 may be disposed in a diagonal direction with the cooling air supply unit 310 in the front-rear direction of the module case 200. Accordingly, the cooling air may flow more smoothly throughout the module case 200.
  • the opening 400 faces the internal cooling passage 250 of the module case 200, and may be provided on both side surfaces of the module case 200.
  • a plurality of such openings 400 may be provided.
  • the plurality of openings 400 are respectively provided on both side surfaces of the module case 200, and may be arranged to be spaced apart from each other along a longitudinal direction along the front-rear direction of the module case 200.
  • the film member 500 is provided in a pair to cover the at least one opening 400, in the case of this embodiment, a plurality of openings 400 provided on each side of the module case 200 Each of the module case 200 may be provided on both sides.
  • the pair of film members 500 may have a size capable of covering all of the plurality of openings 400 provided on each side of the module case 200.
  • the pair of film members 500 seals at least one of the plurality of openings 500 at a predetermined temperature or less, and in the present embodiment, seals all the plurality of openings 500 and melts at a predetermined temperature or more, and the plurality of openings 500 ) At least one opening 500 at least partially.
  • the pair of film members 500 may be provided with a film or foam material that is vulnerable to high temperatures above a predetermined temperature.
  • the pair of film members 500 may be melted at a high temperature over a predetermined temperature.
  • FIG. 4 is a view for explaining a state when the battery module of FIG. 1 is cooled.
  • the cooling air supply unit 310 of the cooling unit 300 cools the battery cells 100 outside the module case 200. Air may be introduced into the module case 200.
  • the cooling air introduced into the module case 200 may then cool the battery cells 100 while flowing the internal cooling passage 250 of the module case 200.
  • the cooling air cooling the battery cells 100 may exit out of the module case 200 through the cooling air discharge unit 330 of the cooling unit 300.
  • 5 and 6 are views for explaining the appearance of the battery module of FIG. 1 in a high temperature situation over a predetermined temperature.
  • an abnormal fever symptom may occur in at least one battery cell 100 among the battery cells 100. If such an abnormal fever symptom persists, a high temperature situation may occur inside the module case 200 and high temperature gas and flame may be generated inside the module case 200.
  • the module case 200 receives the high-temperature gas and flame by using only the cooling air supply unit 310 and the cooling air discharge unit 330 of the cooling unit 300. Exporting out may not be smooth.
  • the pair of film members 500 melt and the plurality of openings 400 ) May be exposed outside the module case 200.
  • cooling for cooling of the battery cells 100 in a normal operating environment While guiding the formation of a path, in an abnormal operating environment such as thermal runaway, hot gas and flame, etc. inside the module case 200 can be quickly discharged to the outside.
  • the battery module 10 according to the present embodiment can secure both reliability and stability of the battery module 10 in both normal and abnormal operating environments.
  • FIG. 7 is a view for explaining a battery module according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is a side view of the battery module of FIG. 7
  • FIG. 9 illustrates a state in a high temperature situation above a predetermined temperature of the battery module of FIG. 7 It is a drawing to do.
  • the battery module 20 according to the present embodiment is similar to the battery module 10 of the previous embodiment, a duplicate description of the substantially identical or similar configuration to the previous embodiment will be omitted, and hereinafter, with the previous embodiment The explanation will focus on the differences.
  • the battery module 20 includes a battery cell 100, a module case 200, a cooling unit 300, a pair of film members 500, and an opening 600 can do.
  • the opening 600 may be provided in a pair, and the pair of openings 600 may be provided on both sides of the module case 200, respectively.
  • the pair of openings 600 may be provided in a mesh shape.
  • the pair of film members 500 may have a size capable of covering the pair of openings 600, respectively.
  • the opening 600 may also be provided in the form of a mesh rather than a plurality.
  • a mesh-shaped opening 600 and also, such as the abnormal thermal runaway, occurs, it is exposed to the outside through the melting film member 500 while the high temperature gas and flame inside the module case 200. It can be discharged more quickly.
  • FIG. 10 is a view for explaining a battery rack according to an embodiment of the present invention.
  • the battery rack 1 includes at least one battery module 10 and 20 according to the previous embodiment and a rack case 50 packaging the at least one battery module 10 and 20. can do.
  • the battery rack 1 may be provided in an industrial or household power storage device.
  • the battery rack 1 may be provided in other devices, apparatus and equipment, such as a vehicle using a secondary battery, in addition to the power storage device.
  • the battery rack 1 according to the present embodiment and the apparatus and facilities such as a power storage device or a vehicle having the battery rack 1 include the battery modules 10 and 20 described above, It is possible to implement a battery rack 1 having all of the advantages due to one battery module 10 and 20, and a power storage device including the same or a device and equipment such as an automobile.
  • the battery module capable of discharging hot gas and flame to the outside more quickly (10, 20), it is possible to provide the battery rack 1 including the battery modules 10, 20 and a power storage device including the battery rack 1.

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 배터리 셀들, 배터리 셀들을 수용하며, 배터리 셀들의 양측에 내부 냉각 유로가 형성되는 모듈 케이스, 모듈 케이스의 내부 냉각 유로를 마주 하며, 모듈 케이스의 양측면에 구비되는 적어도 하나의 개구 및 적어도 하나의 개구를 커버할 수 있게 모듈 케이스의 양측면에 장착되며, 소정 온도 이상에서 녹으면서 적어도 하나의 개구를 개방시키는 한 쌍의 필름부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙 및 이러한 배터리 랙을 포함하는 전력 저장 장치
본 발명은 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙 및 이러한 배터리 랙을 포함하는 전력 저장 장치에 관한 것이다.
본 출원은 2018년 10월 12일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제10-2018-0122133호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차 전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.5V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 복수 개의 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩이나 배터리 랙을 구성하는 방법이 일반적이다. 배터리 랙을 구성하는 경우, 복수 개로 구성하여 전력 저장 장치를 구성할 수 있다.
종래 배터리 모듈의 경우, 배터리 모듈의 냉각을 위해 수냉식 또는 공냉식의 냉각 유닛을 구비할 수 있다. 여기서, 공냉식 구조의 배터리 모듈의 냉각 유닛은, 일반적으로, 냉각 공기 공급부와 냉각 공기 배출부를 포함하여 구성된다. 한편, 배터리 셀들 중 적어도 어느 하나의 배터리 셀의 이상 발열에 따른 고온 상황 발생 시, 배터리 모듈 내부에서 고온의 가스와 화염 등이 발생할 수 있다.
그러나, 종래 공냉식 구조의 배터리 모듈의 경우, 이러한 고온 상황 발생 시, 모듈 내부의 고온의 가스와 화염 등이 냉각 유닛의 냉각 공기 공급부와 냉각 공기 배출부를 통해서만 모듈 외부로 배출될 수 있기에, 고온의 가스와 화염 등이 배터리 모듈 밖으로 원활히 빠져나가기 어려운 문제가 있다.
이 경우, 어느 하나의 배터리 셀의 열 폭주(thermal runaway)가 인접한 배터리 셀들로 전파되어 전체 배터리 모듈의 폭발 등으로 이어져 큰 피해가 발생할 수 있는 문제가 있다.
그러므로, 공냉식 구조의 배터리 모듈에서의 이상 발열에 따른 고온 상황 발생 시, 고온의 가스와 화염 등을 보다 신속히 외부로 배출할 수 있는 방안의 모색이 요청된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 공냉식 구조의 배터리 모듈에서의 이상 발열에 따른 고온 상황 발생 시, 고온의 가스와 화염 등을 보다 신속히 외부로 배출할 수 있는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙 및 이러한 배터리 랙을 포함하는 전력 저장 장치를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 해결하기 위해, 본 발명은, 배터리 모듈로서, 복수 개의 배터리 셀들; 상기 복수 개의 배터리 셀들을 수용하며, 상기 복수 개의 배터리 셀들의 양측에 내부 냉각 유로가 형성되는 모듈 케이스; 상기 모듈 케이스의 상기 내부 냉각 유로를 마주 하며, 상기 모듈 케이스의 양측면에 구비되는 적어도 하나의 개구; 및 상기 적어도 하나의 개구를 커버할 수 있게 상기 모듈 케이스의 양측면에 장착되며, 소정 온도 이상에서 녹으면서 상기 적어도 하나의 개구를 개방시키는 한 쌍의 필름부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 제공한다.
상기 개구는, 복수 개로 구비되며, 상기 복수 개의 개구는, 상기 모듈 케이스의 길이 방향을 따라 상호 소정 거리 이격 배치될 수 있다.
상기 한 쌍의 필름부재는, 상기 복수 개의 개구를 모두 커버할 수 있는 크기를 가질 수 있다.
상기 개구는, 한 쌍으로 구비되며, 상기 한 쌍의 개구는, 상기 모듈 케이스의 양측면에 각각 구비될 수 있다.
상기 한 쌍의 개구는, 메쉬 형상으로 마련될 수 있다.
상기 한 쌍의 필름부재는, 상기 한 쌍의 개구를 각각 커버할 수 있는 크기를 가질 수 있다.
상기 배터리 모듈은, 상기 모듈 케이스에 구비되며, 상기 내부 냉각 유로 측으로 냉각 공기를 공급하고 상기 모듈 케이스 밖으로 상기 냉각 공기를 배출하기 위한 냉각 유닛;을 포함할 수 있다.
상기 냉각 유닛은, 상기 모듈 케이스의 일측에 구비되며, 상기 내부 냉각 유로 측으로 상기 냉각 공기를 제공하는 냉각 공기 공급부; 및 상기 모듈 케이스의 타측에 구비되며, 상기 내부 냉각 유로 내부의 상기 냉각 공기를 상기 모듈 케이스 밖으로 배출하는 냉각 공기 배출부;를 포함할 수 있다.
그리고, 본 발명은, 배터리 랙으로서, 전술한 실시예들에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈; 및 상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 패키징하는 랙 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 랙을 제공한다.
아울러, 본 발명은, 전력 저장 장치로서, 전술한 실시예에 따른 적어도 하나의 배터리 랙;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 장치를 제공한다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 공냉식 구조의 배터리 모듈에서의 이상 발열에 따른 고온 상황 발생 시, 고온의 가스와 화염 등을 보다 신속히 외부로 배출할 수 있는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙 및 이러한 배터리 랙을 포함하는 전력 저장 장치를 제공할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 배터리 모듈의 단면도이다.
도 3은 도 1의 배터리 모듈의 측면도이다.
도 4는 도 1의 배터리 모듈의 냉각 시 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6은 도 1의 배터리 모듈의 소정 온도 이상의 고온 상황에서 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 7의 배터리 모듈의 측면도이다.
도 9는 도 7의 배터리 모듈의 소정 온도 이상의 고온 상황에서 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해 질 것이다. 여기서 설명되는 실시예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면은 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이며, 도 2는 도 1의 배터리 모듈의 단면도이며, 도 3은 도 1의 배터리 모듈의 측면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 배터리 모듈(10)은, 배터리 셀(100), 모듈 케이스(200), 냉각 유닛(300), 개구(400) 및 필름부재(500)를 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀(100)은, 이차 전지로서, 파우치형 이차 전지, 각형 이차 전지 또는 원통형 이차 전지로 마련될 수 있다. 이하, 본 실시예에서, 상기 배터리 셀(100)은 파우치형 이차 전지인 것으로 한정하여 설명한다.
이러한 상기 배터리 셀(100)은 복수 개로 구비될 수 있다. 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)은 상호 전기적으로 연결될 수 있게 상호 적층되게 배치될 수 있다.
상기 모듈 케이스(200)는, 상기 복수 개의 배터리 셀(100)을 수용할 수 있다. 이를 위해, 상기 모듈 케이스(200)에는 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)을 수용하기 위한 수용 공간이 마련될 수 있다.
상기 모듈 케이스(200)는, 내부 냉각 유로(250)를 포함할 수 있다.
상기 내부 냉각 유로(250)는, 상기 모듈 케이스(200) 내부에서 상기 복수 개의 배터리 셀들(100) 양측에 마련될 수 있다. 이러한 상기 내부 냉각 유로(250)는 후술하는 냉각 유닛(300)과 연통되게 배치될 수 있다.
상기 냉각 유닛(300)은, 상기 배터리 셀들(100)을 냉각하기 위한 것으로 공냉식으로 구비될 수 있다. 이러한 상기 냉각 유닛(300)은, 상기 모듈 케이스(200)에 구비되며, 상기 내부 냉각 유로(250) 측으로 냉각 공기를 공급하고 상기 모듈 케이스(200) 밖으로 상기 냉각 공기를 배출할 수 있다.
이러한 상기 냉각 유닛(300)은, 냉각 공기 공급부(310) 및 냉각 공기 배출부(330)를 포함할 수 있다.
상기 냉각 공기 공급부(310)는, 상기 모듈 케이스(200)의 일측, 구체적으로, 상기 모듈 케이스(200)의 전방에 구비되며, 상기 내부 냉각 유로(250) 측으로 상기 냉각 공기를 제공할 수 있다.
이러한 상기 냉각 공기 공급부(310)에는 상기 모듈 케이스(200) 내부의 상기 내부 냉각 유로(250) 측으로의 냉각 공기의 공급 원활화를 위한 냉각 공급 팬 유닛이 마련될 수 있다.
상기 냉각 공기 배출부(330)는, 상기 모듈 케이스(200)의 타측, 구체적으로, 상기 모듈 케이스(200)의 후방에 구비되며, 상기 내부 냉각 유로(250) 내부의 상기 냉각 공기를 상기 모듈 케이스(200) 밖으로 배출할 수 있다.
이러한 상기 냉각 공기 배출부(330)에는 상기 모듈 케이스(200) 내부의 상기 내부 냉각 유로(250) 측의 냉각 공기의 배출 원활화를 위한 냉각 배출 팬 유닛이 마련될 수 있다.
상기 냉각 공기 배출부(330)는 상기 모듈 케이스(200)의 전후 방향에서 상기 냉각 공기 공급부(310)와 대각선 방향에 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 냉각 공기는 상기 모듈 케이스(200) 내부 전체에서 보다 원활히 유동할 수 있다.
상기 개구(400)는, 상기 모듈 케이스(200)의 상기 내부 냉각 유로(250)를 마주 하며, 상기 모듈 케이스(200)의 양측면에 구비될 수 있다.
이러한 상기 개구(400)는 복수 개로 구비될 수 있다.
상기 복수 개의 개구(400)는, 상기 모듈 케이스(200)의 양측면에 각각 구비되며, 상기 모듈 케이스(200)의 전후 방향에 따른 길이 방향을 따라 상호 소정 거리 이격 배치될 수 있다.
상기 필름부재(500)는, 상기 적어도 하나의 개구(400), 본 실시예의 경우, 상기 모듈 케이스(200)의 각 측면에 구비되는 복수 개의 개구(400)들을 커버할 수 있게 한 쌍으로 구비되어 상기 모듈 케이스(200)의 양측면에 각각 구비될 수 있다.
상기 한 쌍의 필름부재(500)는, 상기 모듈 케이스(200)의 각 측면에 구비되는 복수 개의 개구(400)들을 모두 커버할 수 있는 크기를 가질 수 있다. 이러한 상기 한 쌍의 필름부재(500)는 소정 온도 이하에서 상기 적어도 하나, 본 실시예의 경우, 상기 복수 개의 개구들(500)을 모두 밀봉시키며, 소정 온도 이상에서 녹으면서 상기 복수 개의 개구들(500) 중 적어도 하나의 개구(500)를 적어도 부분적으로 개방시킬 수 있다.
이를 위해, 상기 한 쌍의 필름부재(500)는 소정 온도 이상의 고온에 취약한 필름 또는 폼(foam) 물질로 마련될 수 있다. 이러한 상기 한 쌍의 필름부재(500)는 소정 온도 이상의 고온에서 녹아 내릴 수 있다.
이하에서는, 이러한 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(10)의 냉각 및 고온 상황에서의 모습에 대해 보다 자세히 살펴 본다.
도 4는 도 1의 배터리 모듈의 냉각 시 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 상기 배터리 모듈(10)의 냉각 시, 상기 냉각 유닛(300)의 상기 냉각 공기 공급부(310)는 상기 모듈 케이스(200) 외부에서 상기 배터리 셀들(100)을 냉각시키기 위한 냉각 공기를 상기 모듈 케이스(200) 내부로 유입시킬 수 있다.
상기 모듈 케이스(200) 내부로 유입된 냉각 공기는, 이후, 상기 모듈 케이스(200)의 상기 내부 냉각 유로(250)를 유동하면서 상기 배터리 셀들(100)을 냉각시킬 수 있다.
이후, 상기 배터리 셀들(100)을 냉각시킨 냉각 공기는, 상기 냉각 유닛(300)의 상기 냉각 공기 배출부(330)를 통해 상기 모듈 케이스(200) 밖으로 빠져나갈 수 있다.
도 5 및 도 6은 도 1의 배터리 모듈의 소정 온도 이상의 고온 상황에서 모습을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 배터리 모듈(10)의 경우, 상기 배터리 셀들(100) 중 적어도 하나의 배터리 셀(100)에서 이상 발열 증상이 발생할 수 있다. 이러한 이상 발열 증상이 지속될 경우, 상기 모듈 케이스(200) 내부에서 고온 상황이 발생될 수 있고, 상기 모듈 케이스(200) 내부에서 고온의 가스와 화염 등이 발생될 수 있다.
이러한 상기 고온의 가스와 화염 등의 발생 시, 상기 냉각 유닛(300)의 상기 냉각 공기 공급부(310) 및 상기 냉각 공기 배출부(330) 만으로는 상기 고온의 가스와 화염 등을 상기 모듈 케이스(200) 밖으로 내보내는 것이 원활하지 않을 수 있다.
이 경우, 어느 하나의 배터리 셀의 열 폭주(thermal runaway)가 인접한 배터리 셀들로 전파되어 전체 배터리 모듈의 폭발 등으로 이어져 큰 피해가 발생할 수도 있다.
그러나, 본 실시예의 경우, 이러한 고온 상황에 따른 상기 모듈 케이스(200) 내부에서의 고온의 가스와 화염 등의 발생 시, 상기 한 쌍의 필름부재(500)가 녹아내리면서 상기 복수 개의 개구(400)가 상기 모듈 케이스(200) 밖으로 노출될 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서는, 상기 고온의 가스와 화염 등이 상기 복수 개의 개구(400)를 통해 신속히 배출될 수 있기에, 전체 배터리 모듈(10)의 폭발 등으로 이어질 수 있는 문제를 사전에 차단할 수 있다.
결국, 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(10)의 경우, 상기 복수 개의 개구(400) 및 상기 한 쌍의 필름부재(500)를 통해, 정상적인 작동 환경에서는 배터리 셀들(100)의 냉각을 위한 냉각 경로 형성을 가이드하면서, 열 폭주와 같은 비정상적인 작동 환경에서는 상기 모듈 케이스(200) 내부의 고온의 가스와 화염 등을 신속히 외부로 배출시킬 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(10)은, 정상적이거나 비정상적인 작동 환경 모두에서 상기 배터리 모듈(10)의 신뢰성과 안정성을 모두 확보할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이며, 도 8은 도 7의 배터리 모듈의 측면도이며, 도 9는 도 7의 배터리 모듈의 소정 온도 이상의 고온 상황에서 모습을 설명하기 위한 도면이다.
본 실시예에 따른 배터리 모듈(20)은 앞선 실시예의 상기 배터리 모듈(10)과 유사하므로, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 구성에 대해서는 중복 설명을 생략하고, 이하, 앞선 실시예와의 차이점을 중심으로 설명한다.
도 7 내지 도 9를 참조하면, 상기 배터리 모듈(20)은, 배터리 셀(100), 모듈 케이스(200), 냉각 유닛(300), 한 쌍의 필름부재(500) 및 개구(600)를 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀(100), 상기 모듈 케이스(200), 상기 냉각 유닛(300) 및 상기 한 쌍의 필름부재(500)는, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사하므로, 이하, 중복 설명을 생략한다.
상기 개구(600)는, 한 쌍으로 구비되며, 상기 한 쌍의 개구(600)는, 상기 모듈 케이스(200)의 양측면에 각각 구비될 수 있다. 이러한 상기 한 쌍의 개구(600)는, 메쉬 형상으로 마련될 수 있다. 한편, 상기 한 쌍의 필름부재(500)는, 상기 한 쌍의 개구(600)를 각각 커버할 수 있는 크기를 가질 수 있다.
본 실시예와 같이, 상기 개구(600)는, 복수 개가 아닌 메쉬 형태로도 마련되는 것도 가능할 수 있다. 이와 같은 메쉬 형태의 개구(600), 또한, 상기 비정상적인 열 폭주 등과 같은 상황 발생 시, 녹아 내리는 필름부재(500)를 통해 외부로 노출되면서 상기 모듈 케이스(200) 내부의 고온의 가스와 화염 등을 보다 신속히 외부로 배출시킬 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙을 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 배터리 랙(1)은, 앞선 실시예에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈(10, 20) 및 상기 적어도 하나의 배터리 모듈(10, 20)을 패키징하는 랙 케이스(50)를 포함할 수 있다. 상기 배터리 랙(1)는, 산업용이나 가정용 전력 저장 장치에 구비될 수 있다.
또한, 상기 배터리 랙(1)은 상기 전력 저장 장치 이외에도 이차 전지를 이용하는 자동차 등 기타 다른 장치나 기구 및 설비 등에도 구비되는 것도 가능할 수 있음은 물론이다.
이처럼, 본 실시예에 따른 상기 배터리 랙(1) 및 상기 배터리 랙(1)을 구비하는 전력 저장 장치나 자동차와 같은 기구 및 설비는 전술한 상기 배터리 모듈(10, 20)을 포함하는 바, 전술한 배터리 모듈(10, 20)로 인한 장점을 모두 갖는 배터리 랙(1) 및 이를 포함하는 전력 저장 장치나 자동차 등의 기구 및 설비 등을 구현할 수 있다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 공냉식 구조의 상기 배터리 모듈(10, 20)에서의 이상 발열에 따른 고온 상황 발생 시, 고온의 가스와 화염 등을 보다 신속히 외부로 배출할 수 있는 상기 배터리 모듈(10, 20), 이러한 상기 배터리 모듈(10, 20)을 포함하는 상기 배터리 랙(1) 및 이러한 상기 배터리 랙(1)을 포함하는 전력 저장 장치를 제공할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.

Claims (10)

  1. 배터리 모듈에 있어서,
    복수 개의 배터리 셀들;
    상기 복수 개의 배터리 셀들을 수용하며, 상기 복수 개의 배터리 셀들의 양측에 내부 냉각 유로가 형성되는 모듈 케이스;
    상기 모듈 케이스의 상기 내부 냉각 유로를 마주 하며, 상기 모듈 케이스의 양측면에 구비되는 적어도 하나의 개구; 및
    상기 적어도 하나의 개구를 커버할 수 있게 상기 모듈 케이스의 양측면에 장착되며, 소정 온도 이상에서 녹으면서 상기 적어도 하나의 개구를 개방시키는 한 쌍의 필름부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 개구는,
    복수 개로 구비되며,
    상기 복수 개의 개구는,
    상기 모듈 케이스의 길이 방향을 따라 상호 소정 거리 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 한 쌍의 필름부재는,
    상기 복수 개의 개구를 모두 커버할 수 있는 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 개구는,
    한 쌍으로 구비되며,
    상기 한 쌍의 개구는,
    상기 모듈 케이스의 양측면에 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 한 쌍의 개구는,
    메쉬 형상으로 마련되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 한 쌍의 필름부재는,
    상기 한 쌍의 개구를 각각 커버할 수 있는 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 모듈 케이스에 구비되며, 상기 내부 냉각 유로 측으로 냉각 공기를 공급하고 상기 모듈 케이스 밖으로 상기 냉각 공기를 배출하기 위한 냉각 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 냉각 유닛은,
    상기 모듈 케이스의 일측에 구비되며, 상기 내부 냉각 유로 측으로 상기 냉각 공기를 제공하는 냉각 공기 공급부; 및
    상기 모듈 케이스의 타측에 구비되며, 상기 내부 냉각 유로 내부의 상기 냉각 공기를 상기 모듈 케이스 밖으로 배출하는 냉각 공기 배출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제1항에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈; 및
    상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 패키징하는 랙 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  10. 제9항에 따른 적어도 하나의 배터리 랙;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 장치.
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