WO2020166940A1 - 냉각제가 배터리 모듈 내로 투입될 수 있는 구조를 갖는 에너지 저장 시스템 - Google Patents

냉각제가 배터리 모듈 내로 투입될 수 있는 구조를 갖는 에너지 저장 시스템 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an energy storage system having a structure in which a coolant can be introduced into a battery module, and more specifically, when gas is generated due to abnormal heat generation in some battery modules, the coolant is injected into the corresponding battery module by detecting it. It relates to an energy storage system capable of preventing the thermal runaway phenomenon from propagating to other battery modules.
  • the battery module is provided with a cooling system to prevent the life of the battery module from rapidly shortening due to temperature when used for a long time, such a cooling system is designed in consideration of the amount of heat generated according to the use environment of the battery module.
  • the thermal runaway phenomenon generated by some battery cells propagates to adjacent battery cells within a short period of time, the overall temperature of the battery module increases rapidly, which leads to an increase in the temperature of the energy storage system including a plurality of battery modules. It can cause great damage to people and people.
  • the present invention has been devised in consideration of the above-described problems, and a structure in which abnormal heat generation occurs in some battery modules can be quickly detected, and a coolant can be intensively injected into the inside of the battery module where abnormal heat generation occurs. It is an object of the present invention to provide an energy storage system.
  • An energy storage system for solving the above-described problems includes: a module stack including a plurality of battery modules stacked vertically; A venting detector configured to detect if venting occurs in at least some of the plurality of battery modules; And a coolant supply unit for supplying a coolant to the battery module in which the venting has occurred when venting of the battery module is detected by the venting detection unit.
  • the venting detection unit may be provided in the coolant supply unit.
  • the battery module may include a plurality of battery cells; And a module case accommodating the battery cell. It may include.
  • the module case may include a venting part that is broken according to an increase in the internal pressure of the battery module to discharge internal gas.
  • the venting part may be a resin film that melts at a reference temperature or higher.
  • the energy storage system includes: a coolant supply passage extending along a stacking direction of the battery module and communicating with a venting portion provided on one side of the battery module; And a coolant recovery passage extending along the stacking direction of the battery module and communicating with a venting portion provided on the other side of the battery module. It may further include.
  • the venting detection unit may be provided inside at least one of the coolant supply passage and the coolant recovery passage.
  • the energy storage system may include: a first connection duct connecting the coolant supply passage and a venting portion provided at one side of the battery module; And a second connection duct connecting the coolant recovery passage and the venting part provided on the other side of the battery module. It may further include.
  • the venting detection unit may be provided inside at least one of the first connection duct and the second connection duct.
  • the coolant supply passage may include a coolant guide having a shape inclined downward from an inner surface of the coolant supply passage toward the first connection duct.
  • gas when an abnormal heating phenomenon occurs in some of a plurality of battery modules constituting an energy storage system, gas may be quickly discharged to the outside according to an increase in the internal pressure of the battery module, and the discharged It is possible to quickly detect the gas and inject a coolant into the inside of the battery module where abnormal heat is generated.
  • the structure of the energy storage system according to the present invention which has a structure in which a quick coolant input to some battery modules is possible, a thermal runaway phenomenon due to abnormal heat generated in some battery modules can be prevented in advance, whereby energy It is possible to prevent the spread of thermal runaway phenomenon throughout the storage system.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a battery module applied to an energy storage system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a state in which gas is ejected to the outside due to an increase in the internal pressure of the battery module shown in FIG. 2.
  • FIG. 4 is a view showing one side of the battery module shown in FIG. 2, and is a view illustrating a venting part formed in the battery module.
  • FIG. 5 is a view showing a modified example of the venting portion shown in FIG. 4.
  • FIG. 6 is a view showing a part of the energy storage system according to an embodiment of the present invention shown in FIG.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a movement path of a coolant when venting occurs in some battery modules in the energy storage system illustrated in FIG. 6.
  • the energy storage system includes a battery module 10, a coolant supply unit 20, a coolant supply flow path 30, a coolant recovery flow path 40, and a first connection duct. 50, the second connection duct 60, the venting detection unit 70, and may be implemented in a form including the housing 80.
  • the battery module 10 has a substantially rectangular parallelepiped shape, and a plurality of battery modules 10 are provided.
  • the plurality of battery modules 10 are stacked up and down to form one module stack.
  • each battery module 10 includes a plurality of battery cells 11 and a module case 12 accommodating the same.
  • a pouch type battery cell may be applied, and a plurality of battery cells 11 are stacked facing each other to form a single cell stack and accommodated in the module case 12 do.
  • the module case 12 has a structure capable of discharging the gas generated inside when the internal pressure increases above a reference value due to abnormal heat generation of the battery module 10. .
  • a venting part 12a is provided on each of one side and the other side of the module case 12.
  • the venting part 12a is broken when an abnormal heat generation phenomenon occurs in the battery module 10 and the pressure inside the battery module 10 rises above a reference value set in consideration of safety. It allows the gas generated in the air to be discharged to the outside.
  • the battery cells 11 accommodated in the module case 12 have a shape in which an electrode assembly is accommodated in a cell case, and an electrolyte solution is accommodated in the cell case. If the battery cell is overheated due to the occurrence of a short circuit, etc., gas is generated inside the battery cell due to side reactions of the electrolyte. It is discharged to the outside of the case.
  • the venting portion 12a must be quickly broken under high temperature conditions, and may be made of a resin film having a thickness thinner than that of the surroundings in consideration of this function.
  • the thickness of the resin film and the type of resin applied to the resin film may be determined to be completely broken by melting at a temperature condition of approximately 100°C to 300°C.
  • venting part 12a may be formed on each of one side and the other side of the module case 12 as shown in FIG. 5, and the longitudinal direction of the module case 12 (based on FIG. 5 ). When viewed, it may have a shape extending along the left/right direction.
  • the coolant supply unit 20 is provided on the top of the module stack, and when the venting of some battery modules 10 is detected by the venting detection unit 70, the coolant is vented.
  • the temperature of the battery module 10 is prevented by supplying it to the inside of the battery module 10.
  • the coolant supply unit 20 supplies the coolant directly to the inside of the battery module 10 under the condition of the occurrence of venting of some of the battery modules 10, thereby causing an abnormal ignition phenomenon. It is possible to prevent spreading over the entire module stack.
  • a liquid or gaseous coolant may be used as the coolant supplied through the coolant supply unit 20.
  • the coolant supply unit 20 is located at the top of the module stack, a quick coolant due to free fall It may be more advantageous to use a liquid coolant for supply.
  • the coolant supply unit 20 may include a driving device such as a pumping motor therein for supply and recovery of the coolant, and a battery module in which an event is generated by circulating the coolant more quickly by driving such a driving device ( 10) rapid cooling becomes possible.
  • a driving device such as a pumping motor therein for supply and recovery of the coolant
  • a battery module in which an event is generated by circulating the coolant more quickly by driving such a driving device ( 10) rapid cooling becomes possible.
  • the coolant supply passage 30 has a shape extending along the stacking direction of the battery module 10, and includes a venting part 12a provided on one side of the battery module 10 Communicate.
  • the coolant recovery flow path 40 has a shape extending along the stacking direction of the battery module 10 and communicates with the venting part 12a provided on the other side of the battery module 10.
  • the first connection duct 50 connects the coolant supply passage 30 and the venting part 12a provided on one side of the battery module 10.
  • the second connection duct 60 connects the coolant recovery passage 40 and the venting part 12a provided on the other side of the battery module 10.
  • the coolant when it is detected that some of the battery modules 10 have been vented, the coolant is supplied through the coolant supply unit 20, and the supplied coolant is the coolant supply flow path ( It moves downward along 30) and then flows into the battery module 10 where venting has occurred through the first connection duct 50.
  • the coolant flowing into the inside of the battery module 10 through the broken venting part 12a cools the inside of the battery module 10 and then the coolant recovery passage 40 through the second connection duct 60. ) Side.
  • the coolant flowing out toward the coolant recovery flow path 40 moves upward and/or downward along the coolant recovery flow path 40, and when the coolant is filled in the coolant recovery flow path 40 The coolant is recovered to the coolant supply unit 20.
  • the coolant supply passage 30 may include a coolant guide 31 having a shape inclined downward in a direction from the inner side of the coolant supply passage 30 toward the first connection duct 50. I can.
  • the coolant guide 31 allows the coolant to move more easily toward the first connection duct 50 along the coolant supply passage 30 from the top to the bottom.
  • the energy storage system by providing a coolant supply unit 20, flow paths (30, 40), and ducts (50, 60), as indicated by arrows in FIG. It can form a flow of coolant. That is, in the energy storage system according to an embodiment of the present invention, when an event occurs in some battery modules 10 and gas is discharged, the coolant supply unit 20 -> the coolant supply flow path 30 -> the first connection duct (50) -> The battery module 10 in which the event occurred -> the second duct 60 -> the coolant recovery flow path 40 -> the battery module 10 by circulating the coolant along the path of the coolant supply unit 20 ) To cool quickly.
  • the venting detection unit 70 detects it and transmits the detected signal to the coolant supply unit 20.
  • the venting detection unit 70 determines whether or not venting has occurred in a manner that detects gas discharged by venting of the battery module 10. That is, the venting detection unit 70 may be a sensor that detects gas.
  • the venting detector 70 In order to detect the gas discharged by the venting generated in the battery module 10, the venting detector 70 must be disposed on a closed circulation path through which the coolant circulates. Accordingly, the venting detection unit 70 may include the inside of the coolant supply unit 20 and/or the inside of the coolant supply channel 30 and/or the inside of the coolant recovery channel 40 and/or the first connection duct 50 It may be provided in the inside of and/or the inside of the second connection duct 60.
  • the venting detection unit 70 is provided in either the inside of the first connection duct 50 or the inside of the second connection duct 60 It can be advantageous to be.
  • the housing 80 accommodates the remaining components constituting the energy storage system according to an embodiment of the present invention described above.
  • the energy storage system when an event such as abnormal heat generation occurs in some battery modules 10, quickly detects the event and moves the event to the inside of the battery module 10. It has a structure in which a coolant can be intensively injected, and accordingly, an event generated in some battery modules 10 is prevented from spreading to the entire module stack, thereby ensuring safety in use of the energy storage system.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템은, 상하로 적층된 복수의 배터리 모듈을 포함하는 모듈 적층체; 상기 복수의 배터리 모듈 중 적어도 일부에서 벤팅이 발생되는 경우 이를 감지하는 벤팅 감지부; 및 상기 벤팅 감지부에 의해 배터리 모듈의 벤팅이 감지되면 벤팅이 발생된 배터리 모듈에 냉각제를 공급하는 냉각제 공급부; 를 포함한다.

Description

냉각제가 배터리 모듈 내로 투입될 수 있는 구조를 갖는 에너지 저장 시스템
본 발명은, 냉각제가 배터리 모듈 내로 투입될 수 있는 구조를 갖는 에너지 저장 시스템에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 일부 배터리 모듈에서 이상 발열에 따른 가스 발생 시에 이를 감지하여 해당 배터리 모듈 내로 냉각제가 투입되도록 함으로써 열 폭주 현상이 다른 배터리 모듈들로 전파되지 않도록 할 수 있는 에너지 저장 시스템에 관한 것이다.
본 출원은 2019년 2월 11일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제 10-2019-0015685호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
일반적으로, 배터리 모듈은, 장시간 사용 시 온도에 의해 배터리 모듈의 수명이 급격히 단축되는 것을 방지하기 위해 냉각 시스템을 구비하는데, 이러한 냉각 시스템은 배터리 모듈의 사용 환경에 따른 발열량 등을 고려하여 설계된다.
그러나, 배터리 모듈의 사용 과정에서 일부 배터리 셀이 고장으로 인해 이상 발열 증상을 보이게 되는 경우 지속적으로 온도가 상승할 수 있으며, 이 경우 임계 온도를 넘어서게 되면 열 폭주 현상(thermal runaway)이 발생하게 되어 안전성 이슈가 발생할 수 있다.
즉, 일부 배터리 셀에서 발생된 열 폭주 현상이 짧은 시간 내에 인접한 배터리 셀들로 전파되면 배터리 모듈 전체적으로 온도가 급격하게 상승하게 되고, 이는 복수의 배터리 모듈을 포함하는 에너지 저장 시스템의 온도 상승으로 이어지게 되어 재산과 인명에 큰 피해를 줄 수 있다.
따라서, 이러한 열 폭주 현상의 급격한 전파를 방지하기 위해, 일부 배터리 모듈에서 이상 발열이 발생되는 경우 이를 빠르게 감지하고, 또한 이상 발열이 발생된 배터리 모듈의 내부로 냉각제가 집중적으로 투입될 수 있는 구조를 갖는 에너지 저장 시스템의 개발이 요구되는 실정이다.
본 발명은, 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 일부 배터리 모듈에서 이상 발열이 발생되는 경우 이를 빠르게 감지하고, 또한 이상 발열이 발생된 배터리 모듈의 내부로 냉각제가 집중적으로 투입될 수 있는 구조를 갖는 에너지 저장 시스템을 제공하는 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 에너지 저장 시스템은, 상하로 적층된 복수의 배터리 모듈을 포함하는 모듈 적층체; 상기 복수의 배터리 모듈 중 적어도 일부에서 벤팅이 발생되는 경우 이를 감지하는 벤팅 감지부; 및 상기 벤팅 감지부에 의해 배터리 모듈의 벤팅이 감지되면 벤팅이 발생된 배터리 모듈에 냉각제를 공급하는 냉각제 공급부; 를 포함한다.
상기 벤팅 감지부는, 상기 냉각제 공급부 내에 구비될 수 있다.
상기 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀; 및 상기 배터리 셀을 수용하는 모듈 케이스; 를 포함할 수 있다.
상기 모듈 케이스는, 배터리 모듈의 내압 증가에 따라 파단되어 내부 가스를 배출시키는 벤팅부를 구비할 수 있다.
상기 벤팅부는, 기준 온도 이상에서 녹는 수지 필름일 수 있다.
상기 에너지 저장 시스템은, 상기 배터리 모듈의 적층 방향을 따라 연장되며, 상기 배터리 모듈의 일 측면에 구비된 벤팅부와 연통되는 냉각제 공급 유로; 및 상기 배터리 모듈의 적층 방향을 따라 연장되며, 상기 배터리 모듈의 타 측면에 구비된 벤팅부와 연통되는 냉각제 회수 유로; 를 더 포함할 수 있다.
상기 벤팅 감지부는, 상기 냉각제 공급 유로 및 냉각제 회수 유로 중 적어도 하나의 내측에 구비될 수 있다.
상기 에너지 저장 시스템은, 상기 냉각제 공급 유로와 상기 배터리 모듈의 일 측에 구비된 벤팅부 사이를 연결하는 제1 연결 덕트; 및 상기 냉각제 회수 유로와 상기 배터리 모듈의 타 측에 구비된 벤팅부 사이를 연결하는 제2 연결 덕트; 를 더 포함할 수 있다.
상기 벤팅 감지부는, 상기 제1 연결 덕트 및 제2 연결 덕트 중 적어도 하나의 내측에 구비될 수 있다.
상기 냉각제 공급 유로는, 상기 냉각제 공급 유로의 내측면으로부터 제1 연결 덕트를 향하는 방향으로 하향 경사진 형태를 갖는 냉각제 가이드를 구비할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 에너지 저장 시스템을 구성하는 복수의 배터리 모듈들 중 일부에서 이상 발열 현상이 발생하는 경우, 배터리 모듈의 내압 증가에 따라 가스가 외부로 신속하게 배출될 수 있고, 배출된 가스를 신속히 감지하여 이상 발열이 발생된 배터리 모듈의 내부로 냉각제를 투입하는 것이 가능하게 된다.
이처럼, 일부 배터리 모듈에 대한 신속한 냉각제 투입이 가능한 구조를 갖는 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템의 구조에 의하면, 일부 배터리 모듈에 발생된 이상 발열로 인한 열 폭주 현상을 사전에 방지할 수 있으며, 이로써 에너지 저장 시스템 전체로 열 폭주 현상이 전파되는 것을 방지할 수 있게 된다.
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 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템에 적용되는 배터리 모듈을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 배터리 모듈의 내압 증가로 인해 외부로 가스가 분출되는 모습을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 2에 도시된 배터리 모듈의 일 측면을 나타내는 도면으로서, 배터리 모듈에 형성된 벤팅부를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 벤팅부의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 일부를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 에너지 저장 시스템에 있어서, 일부 배터리 모듈에서 벤팅이 발생된 경우 냉각제의 이동 경로를 나타내는 도면이다.
도 8은 도 1에 도시된 에너지 저장 시스템에 있어서, 일부 배터리 모듈에서 벤팅이 발생된 경우 냉각제의 이동 경로를 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, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템은 배터리 모듈(10), 냉각제 공급부(20), 냉각제 공급 유로(30), 냉각제 회수 유로(40), 제1 연결 덕트(50), 제2 연결 덕트(60), 벤팅 감지부(70) 및 하우징(80)을 포함하는 형태로 구현될 수 있다.
상기 배터리 모듈(10)은, 대략 직육면체 형상을 가지며, 복수개가 구비된다. 복수의 배터리 모듈(10)들은 상하로 적층되어 하나의 모듈 적층체를 이룬다. 도 2를 참조하면, 각각의 배터리 모듈(10)은, 복수의 배터리 셀(11) 및 이를 수용하는 모듈 케이스(12)를 포함한다.
상기 배터리 셀(11)로는, 예를 들어 파우치 타입의 배터리 셀이 적용될 수 있으며, 복수의 배터리 셀(11)들은 서로 대면하여 적층되어 하나의 셀 적층체를 이룬 상태로 모듈 케이스(12) 내에 수용된다.
도 3에 나타나는 바와 같이, 상기 모듈 케이스(12)는, 배터리 모듈(10)의 이상 발열 현상으로 인해 내압이 기준치 이상으로 증가하는 경우에 있어서 내부에 발생된 가스를 외부로 배출할 있는 구조를 갖는다.
구체적으로, 도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 모듈 케이스(12)의 일 측면 및 타 측면 각각에는 벤팅부(12a)가 구비된다. 상기 벤팅부(12a)는, 배터리 모듈(10)에 이상 발열 현상이 발생되고 이로 인해 배터리 모듈(10) 내부의 압력이 안전을 고려하여 설정된 기준치 이상으로 상승하는 경우 파단되어 배터리 모듈(10) 내부에 생성된 가스가 외부로 배출될 수 있도록 한다.
구체적으로 도시되지는 않았으나, 상기 모듈 케이스(12) 내부에 수용된 배터리 셀(11)들은 전극 조립체를 셀 케이스 내에 수용시킨 형태를 가지며, 셀 케이스 내에는 전해액이 함께 수용된다. 단락 등의 발생으로 인해 배터리 셀이 과열되는 경우 전해액의 부반응 등에 의해 배터리 셀의 내부에 가스가 발생하게 되고, 가스에 의한 내압이 일정 수준을 넘어서게 되면 셀 케이스의 밀봉이 취약한 부분을 통해 가스가 셀 케이스의 외부로 배출된다.
이처럼 셀 케이스의 외부로 배출된 가스의 양이 많아지게 되면, 모듈 케이스(12) 내부의 압력이 상승하게 되고, 내압이 기준치 이상이 되면 주변보다 취약한 부분인 벤팅부(12a)에 파단이 발생되어 가스가 모듈 케이스(12)의 외부로 배출되는 것이다.
상기 벤팅부(12a)는 고온 조건에서 신속히 파단되어야 하며, 이러한 기능을 감안하여 주변보다 얇은 두께를 갖는 수지 필름으로 이루어질 수 있다. 이러한 수지 필름의 두께 및 수지 필름에 적용되는 수지의 종류는 대략 100℃ 내지 300℃의 온도 조건에서 녹아서 완전히 파단되도록 결정될 수 있다.
상기 벤팅부(12a)는, 모듈 케이스(12)의 일 측면 및 타 측면 각각에 형성되되, 도 4에 도시된 바와 같이 모듈 케이스(12)의 길이 방향(도 4를 기준으로 볼 때 좌/우 방향)을 따라 불연속적으로 복수개가 형성될 수 있다.
또한, 상기 벤팅부(12a)는, 도 5에 도시된 바와 같이 모듈 케이스(12)의 일 측면 및 타 측면 각각에 하나만 형성될 수 있으며, 모듈 케이스(12)의 길이 방향(도 5를 기준으로 볼 때 좌/우 방향)을 따라 연장된 형태를 가질 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 냉각제 공급부(20)는, 모듈 적층체의 상부에 구비되며, 벤팅 감지부(70)에 의해 일부 배터리 모듈(10)의 벤팅(venting)이 감지되면 냉각제를 벤팅이 발생된 배터리 모듈(10)의 내부로 공급하여 배터리 모듈(10)의 온도 상승을 방지한다.
이처럼, 상기 냉각제 공급부(20)는, 일부 배터리 모듈(10)의 벤팅 발생을 조건으로 하여 냉각제를 배터리 모듈(10) 내부에 직접 공급함으로써 이상 발화 현상을 일으킨 배터리 모듈(10)에서 시작된 열 폭주 현상이 모듈 적층체 전체로 퍼져 나가는 것을 방지할 수 있다.
상기 냉각제 공급부(20)를 통해 공급되는 냉각제로는 액체 상태 또는 기체 상태의 냉각제가 이용될 수 있으며, 냉각제 공급부(20)가 모듈 적층체의 상부에 위치하는 점을 감안할 때 자유 낙하에 의한 신속한 냉각제 공급을 위해 액체 상태의 냉각제를 사용하는 것이 좀 더 유리할 수 있다.
상기 냉각제 공급부(20)는, 냉각제의 공급 및 회수를 위해 내부에 펌핑 모터 등의 구동 장치를 구비할 수 있으며, 이러한 구동 장치의 구동에 의해 냉각제를 좀 더 빠르게 순환시켜 이벤트가 발생된 배터리 모듈(10)에 대한 신속한 냉각이 가능하게 된다.
도 1 및 도 6을 참조하면, 상기 냉각제 공급 유로(30)는 배터리 모듈(10)의 적층 방향을 따라 연장된 형태를 가지며, 배터리 모듈(10)의 일 측면에 구비된 벤팅부(12a)와 연통된다. 또한, 상기 냉각제 회수 유로(40)는 배터리 모듈(10)의 적층 방향을 따라 연장된 형태를 가지며, 배터리 모듈(10)의 타 측면에 구비된 벤팅부(12a)와 연통된다.
상기 제1 연결 덕트(50)는 냉각제 공급 유로(30)와 배터리 모듈(10)의 일 측면에 구비된 벤팅부(12a) 사이를 연결한다. 또한, 상기 제2 연결 덕트(60)는 냉각제 회수 유로(40)와 배터리 모듈(10)의 타 측면에 구비된 벤팅부(12a) 사이를 연결한다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템은, 일부 배터리 모듈(10)의 벤팅이 발생되었음이 감지되면, 냉각제 공급부(20)를 통해 냉각제를 공급하며, 공급된 냉각제는 냉각제 공급 유로(30)를 따라 하방으로 이동하다가 제1 연결 덕트(50)를 통해 벤팅이 발생된 배터리 모듈(10)쪽으로 유입된다. 또한, 파단된 상기 벤팅부(12a)를 통해 배터리 모듈(10)의 내부로 유입된 냉각제는, 배터리 모듈(10)의 내부를 냉각시킨 뒤 제2 연결 덕트(60)를 통해 냉각제 회수 유로(40)쪽으로 빠져나오게 된다.
상기 배터리 모듈(10)을 냉각시킨 후 냉각제 회수 유로(40)쪽으로 빠져나온 냉각제는 냉각제 회수 유로(40)를 따라 상방 및/또는 하방으로 이동하게 되며 냉각제 회수 유로(40) 내에 냉각제가 가득 차게 되면 냉각제는 냉각제 공급부(20)로 회수된다.
도 7을 참조하면, 상기 냉각제 공급 유로(30)는, 냉각제 공급 유로(30)의 내측면으로부터 제1 연결 덕트(50)를 향하는 방향으로 하향 경사진 형태를 갖는 냉각제 가이드(31)를 구비할 수 있다. 이러한 냉각제 가이드(31)는, 냉각제 공급 유로(30)를 따라 상방으로부터 하방으로 이동하는 냉각제가 제1 연결 덕트(50)쪽으로 좀 더 용이하게 이동할 수 있도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템은, 상술한 바와 같이, 냉각제 공급부(20) 및 유로(30, 40), 그리고 덕트(50, 60)를 구비함으로써, 도 8에 화살표로 표시된 바와 같은 냉각제의 흐름을 형성할 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템은, 일부 배터리 모듈(10)에서 이벤트가 발생하여 가스가 배출되면, 냉각제 공급부(20) -> 냉각제 공급 유로(30) -> 제1 연결 덕트(50) -> 이벤트가 발생된 배터리 모듈(10) -> 제2 덕트(60) -> 냉각제 회수 유로(40) -> 냉각제 공급부(20)의 경로를 따라 냉각제가 순환하도록 함으로써 배터리 모듈(10)을 신속히 냉각시킨다.
다시 도 1을 참조하면, 상기 벤팅 감지부(70)는, 복수의 배터리 모듈(10)들 중 적어도 일부에서 벤팅이 발생되는 경우 이를 감지하고 감지된 신호를 냉각제 공급부(20)에 송출한다. 상기 벤팅 감지부(70)는, 배터리 모듈(10)의 벤팅에 의해 배출되는 가스를 감지하는 방식으로 벤팅 발생 여부를 판별한다. 즉, 상기 벤팅 감지부(70)는 가스를 감지하는 센서일 수 있다.
상기 배터리 모듈(10)에서 발생된 벤팅에 의해 배출되는 가스를 감지하기 위해, 벤팅 감지부(70)는 냉각제가 순환하는 폐 순환 경로 상에 배치되어야 한다. 따라서, 상기 벤팅 감지부(70)는, 냉각제 공급부(20)의 내부 및/또는 냉각제 공급 유로(30)의 내부 및/또는 냉각제 회수 유로(40)의 내부 및/또는 제1 연결 덕트(50) 의 내부 및/또는 제2 연결 덕트(60)의 내부에 구비될 수 있다.
비용 절감의 측면 및 벤팅 발생이 신속한 감지의 측면을 모두 고려하는 경우, 상기 벤팅 감지부(70)는 제1 연결 덕트(50)의 내부 또는 제2 연결 덕트(60)의 내부 중 어느 한 곳에 구비되는 것이 유리할 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 하우징(80)은, 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 구성하는 나머지 구성요소들을 수용한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템은, 일부 배터리 모듈(10)에서 이상 발열 등의 이벤트가 발생된 경우 이를 신속히 감지하고 이벤트가 발생된 배터리 모듈(10)의 내부로 냉각제가 집중적으로 투입될 수 있는 구조를 가지며, 이에 따라 일부 배터리 모듈(10)에서 발생된 이벤트가 모듈 적층체 전체로 확산되는 것을 방지함으로써 에너지 저장 시스템 사용상의 안전성을 확보할 수 있다.
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.

Claims (10)

  1. 상하로 적층된 복수의 배터리 모듈을 포함하는 모듈 적층체;
    상기 복수의 배터리 모듈 중 적어도 일부에서 벤팅이 발생되는 경우 이를 감지하는 벤팅 감지부; 및
    상기 벤팅 감지부에 의해 배터리 모듈의 벤팅이 감지되면 벤팅이 발생된 배터리 모듈에 냉각제를 공급하는 냉각제 공급부;
    를 포함하는 에너지 저장 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 벤팅 감지부는,
    상기 냉각제 공급부 내에 구비되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은,
    복수의 배터리 셀; 및
    상기 배터리 셀을 수용하는 모듈 케이스;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 모듈 케이스는,
    배터리 모듈의 내압 증가에 따라 파단되어 내부 가스를 배출시키는 벤팅부를 구비하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 벤팅부는,
    기준 온도 이상에서 녹는 수지 필름인 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 에너지 저장 시스템은,
    상기 배터리 모듈의 적층 방향을 따라 연장되며, 상기 배터리 모듈의 일 측면에 구비된 벤팅부와 연통되는 냉각제 공급 유로; 및
    상기 배터리 모듈의 적층 방향을 따라 연장되며, 상기 배터리 모듈의 타 측면에 구비된 벤팅부와 연통되는 냉각제 회수 유로;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 벤팅 감지부는,
    상기 냉각제 공급 유로 및 냉각제 회수 유로 중 적어도 하나의 내측에 구비되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 에너지 저장 시스템은,
    상기 냉각제 공급 유로와 상기 배터리 모듈의 일 측에 구비된 벤팅부 사이를 연결하는 제1 연결 덕트; 및
    상기 냉각제 회수 유로와 상기 배터리 모듈의 타 측에 구비된 벤팅부 사이를 연결하는 제2 연결 덕트;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 벤팅 감지부는,
    상기 제1 연결 덕트 및 제2 연결 덕트 중 적어도 하나의 내측에 구비되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 냉각제 공급 유로는,
    상기 냉각제 공급 유로의 내측면으로부터 제1 연결 덕트를 향하는 방향으로 하향 경사진 형태를 갖는 냉각제 가이드를 구비하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템.
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