WO2021010677A1 - 배터리 랙 및 이를 포함하는 전력 저장 장치 - Google Patents

배터리 랙 및 이를 포함하는 전력 저장 장치 Download PDF

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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery rack and a power storage device including the same.
  • Secondary batteries with high ease of application by product group and electrical characteristics such as high energy density are not only portable devices, but also electric vehicles (EVs) or hybrid vehicles (HEVs) driven by electric drive sources. It is universally applied.
  • EVs electric vehicles
  • HEVs hybrid vehicles
  • Such a secondary battery is attracting attention as a new energy source for eco-friendly and energy efficiency enhancement in that it does not generate by-products from the use of energy as well as the primary advantage that it 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 module including at least one battery cell is first configured, and other components are added using at least one battery module. It is common to construct a battery pack or battery rack.
  • the battery rack including at least one battery module may constitute a power storage device including at least one such battery rack according to various voltage and capacity requirements.
  • ignition may occur in the battery module in which the abnormal condition occurs.
  • an object of the present invention is to provide a battery rack capable of preventing the propagation of flame and heat to an adjacent battery module more quickly when at least one of the battery modules is ignited, and a power storage device including the same.
  • a battery rack a plurality of battery modules are stacked to each other along the vertical direction of the battery rack, including at least one battery cell;
  • a rack case accommodating the plurality of battery modules;
  • a coolant tank provided on the upper side of the rack case and including a predetermined refrigerant;
  • a piping unit connecting the coolant tank and the plurality of battery modules;
  • the coolant provided between the piping unit and the coolant tank and opened to supply the refrigerant to the battery module having a predetermined temperature or higher when a temperature of at least one battery module among the plurality of battery modules is higher than a predetermined temperature.
  • It provides a battery rack comprising a; valve unit for discharging the refrigerant in the tank to the piping unit.
  • the battery rack may include at least one temperature sensor provided in the rack case and configured to sense temperatures of the plurality of battery modules.
  • the valve unit may include a valve body that connects the coolant tank and the piping unit and has a valve flow path for flowing the refrigerant therein; And the valve is provided to be opened and closed in the valve body, and closes the valve flow path when the temperature of the plurality of battery modules is less than a predetermined temperature, and when the temperature of at least one battery module among the plurality of battery modules is higher than a predetermined temperature. It may include an on-off valve to open the flow path.
  • the battery rack may include a control unit electrically connected to the at least one temperature sensor and the valve unit, and controlling an operation of the valve unit.
  • the piping unit may include a main piping connected to the valve unit; And a plurality of module pipes connected to the main pipe and connected to each battery module.
  • the main pipe may be formed to have a predetermined length along the vertical direction of the rack case.
  • the plurality of module pipes may be spaced apart from each other by a predetermined distance along the vertical direction of the rack case.
  • the main pipe may be provided with a water pressure adjusting unit for adjusting water pressure according to the height of the main pipe.
  • the water pressure control unit may be provided on an inner wall of the main pipe, and may be disposed between the plurality of module pipes in a vertical direction of the main pipe.
  • the refrigerant may be provided with water.
  • the present invention provides a power storage device comprising: at least one battery rack according to the above-described embodiments, as a power storage device.
  • a battery rack capable of preventing the propagation of flame and heat to an adjacent battery module more quickly and a power storage device including the same may be provided.
  • FIG. 1 is a view for explaining a battery rack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view for explaining a piping unit of the battery rack of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a partial cut-away view of the piping unit of FIG. 2.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of a portion A-A' of the piping unit of FIG. 2.
  • 5 and 6 are views for explaining hydraulic pressure control units according to various embodiments of the piping unit of FIG. 2.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a valve unit of the battery rack of FIG. 1.
  • FIG. 8 to 10 are views for explaining an operation of the battery rack when at least one battery module of the battery rack of FIG. 1 generates abnormal heat.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a power storage device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a view for explaining a battery rack according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a view for explaining the piping unit of the battery rack of Figure 1
  • Figure 3 is a partial cut-away view of the piping unit of Figure 2 4 is a cross-sectional view of a portion A-A' of the piping unit of FIG. 2
  • FIGS. 5 and 6 are views for explaining hydraulic pressure control units according to various embodiments of the piping unit of FIG. 2
  • FIG. 7 is A view for explaining the valve unit of the battery rack of FIG. 1.
  • the battery rack 10 includes a battery module 100, a rack case 200, a coolant tank 300, a piping unit 400, a valve unit 500, and a temperature sensor ( 600) and a control unit 700.
  • the battery module 100 may be provided in plurality.
  • the plurality of battery modules 100 may be stacked together along the vertical direction of the battery rack 10.
  • Each of the plurality of battery modules 100 may include at least one battery cell 110.
  • the description is limited to that each of the plurality of battery modules 100 includes a plurality of battery cells 110.
  • Each of the plurality of battery cells 110 may be provided as a secondary battery.
  • the plurality of battery cells 110 may include at least one of a pouch-type secondary battery, a prismatic secondary battery, and a cylindrical secondary battery.
  • the plurality of battery cells 110 will be described as being limited to pouch-type secondary batteries.
  • the rack case 200 may accommodate the plurality of battery modules 100.
  • the rack case 200 may accommodate the plurality of battery modules 100 to be stacked with each other in the vertical direction.
  • the coolant tank 300 may be provided on the upper side of the rack case 200.
  • the coolant tank 300 may include a predetermined refrigerant therein. Accordingly, an accommodation space capable of accommodating the coolant may be provided in the coolant tank 300.
  • the refrigerant may be provided as a liquid refrigerant.
  • the refrigerant may be provided with water.
  • the refrigerant is limited to being provided with water.
  • the piping unit 400 may connect the coolant tank 300 and the plurality of battery modules 100.
  • the piping unit 400 may guide the refrigerant of the coolant tank 300, that is, the water to be supplied to the plurality of battery modules 100.
  • the piping unit 400 may include a main piping 410, a module piping 430, and a water pressure adjusting unit 450.
  • the main pipe 410 is connected to the valve unit 500 to be described later, and may be formed to have a predetermined length along the vertical direction of the rack case 200.
  • the main pipe 200 may be spaced apart from the rack case 200 at a predetermined interval.
  • the module pipe 430 is connected to the main pipe 410 and may be disposed in a horizontal direction from the main pipe 410.
  • a plurality of such module pipes 430 may be provided, and may be connected to each battery module 100.
  • the plurality of module pipes 430 may be disposed to be spaced apart from each other by a predetermined distance along the vertical direction of the rack case 200.
  • the plurality of module pipes 430 may interconnect the main pipe 410 and the plurality of battery modules 100.
  • Each of the plurality of module pipes 430 may include a module valve 435.
  • the module valve 435 may be provided to open and close the inner flow path of each module pipe 430.
  • the module valve 435 may be electrically connected to a control unit 700 to be described later.
  • Each of the module valves 435 may operate to open or close the internal flow path of the module pipe 430 according to the control of the control unit 700 to be described later.
  • the module valve 435 may be provided to be open or closed in a manner other than the control of the control unit 700.
  • the module valve 435 when the module valve 435 is mounted inside the module pipe 430 so as to close the internal flow path of the module pipe 430, when abnormal heat generation of the battery module 100, the It may be provided as a member of a method such as melting or breaking at a predetermined temperature or higher so as to open the inner flow path of the module pipe 430.
  • the water pressure control part 450 is for adjusting water pressure according to the height of the main pipe 410 and may be provided on an inner wall of the main pipe 410. Specifically, a plurality of water pressure adjusting units 450 may be provided, and may be disposed between the plurality of module pipes 430 in the vertical direction of the main pipe 410.
  • the plurality of hydraulic pressure adjusting parts 450 may be formed to protrude a predetermined length from an inner wall of the main pipe 410 toward a central portion of the main pipe 410.
  • the inner diameter of the main pipe 410 provided with the plurality of water pressure adjusting parts 450 may be smaller than that of the part not provided with the plurality of water pressure adjusting parts 450. have. Accordingly, a pipe loss may occur in spaces of portions of the main pipe 410 in which the plurality of water pressure control units 450 are provided between the plurality of module pipes 430.
  • the pressure increased by gravity is offset, so that the water more uniformly regardless of the height anywhere on the plurality of module pipes 430 Can be supplied.
  • the plurality of water pressure control units 450 may guide the injection of a uniform flow rate regardless of the height of the battery modules 100.
  • the plurality of water pressure control units 450 may be provided in other structures capable of reducing the pipe loss of the main pipe 410. That is, as shown in FIG. 5, a plurality of hydraulic pressure control units 450 protrude toward the inner wall of the main pipe 410 and are provided in a radial form around the central side of the main pipe 410. As shown in FIG. 6, the plurality of hydraulic pressure control units 470 may be formed in a disk shape in which a plurality of through holes are provided.
  • the valve unit 500 is provided between the piping unit 400 and the coolant tank 300, and the temperature of at least one battery module 100 among the plurality of battery modules 100 is equal to or higher than a predetermined temperature.
  • the water in the coolant tank 300 can be discharged to the piping unit 400.
  • the valve unit 500 may include a valve body 510 and an on-off valve 530.
  • the valve body 510 may connect the coolant tank 300 and the piping unit 400.
  • a valve flow path 515 for the flow of water may be provided inside the valve body 510.
  • the opening/closing valve 530 is provided in the valve body 510 to be opened and closed, and may be disposed near the coolant tank 300.
  • the opening/closing valve 530 closes the valve flow path 515 when the temperature of the plurality of battery modules 100 is less than a predetermined temperature, and at least one battery module 100 among the plurality of battery modules 100 When the temperature of) is higher than a predetermined temperature, the valve flow path 515 may be opened.
  • the temperature sensor 600 is provided in the rack case 200 and may sense temperatures of the plurality of battery modules 100.
  • the temperature sensor 600 may be provided in plural. Each of the plurality of temperature sensors 600 may be disposed near each battery module 100.
  • the control unit 700 includes various electric components of the plurality of battery modules 100, the plurality of temperature sensors 600, the module valve 435, the valve unit 500, and the battery rack 10 It is electrically connected to the lamp and the like, and the operation of the battery rack 10 can be controlled. For example, when a fire or the like occurs due to abnormal heat generation of at least one battery module 100 among the plurality of battery modules 100, the control unit 700 may control the opening/closing valve 530 of the valve unit 500. ) And the operation of the module valve 435 of the module pipe 430 connected to at least one battery module 100 in which the abnormal heat has occurred.
  • FIG. 8 to 10 are views for explaining an operation of the battery rack when at least one battery module of the battery rack of FIG. 1 generates abnormal heat.
  • At least one battery module 100 among the plurality of battery modules 100 of the battery rack 10 may rapidly increase in temperature due to abnormal heat generation.
  • a fire or the like occurs in the battery module 100 in which abnormal heat has occurred, if such a fire leads to the adjacent battery module 100, a greater risk such as explosion of the entire battery rack 10 may occur.
  • the control unit 700 when the temperature sensed by the temperature sensor 600 is equal to or higher than a preset predetermined temperature, the opening/closing valve 530 of the valve unit 500 and the predetermined predetermined temperature or higher.
  • the module valve 435 of the module pipe 430 connected to the heated battery module 100 may be opened.
  • the opening/closing valve 530 of the valve unit 500 As the opening/closing valve 530 of the valve unit 500 is opened, the water (W) accommodated in the coolant tank 300 is reduced to the valve body 510 of the valve unit 500. It may be supplied to the piping unit 400 along the valve flow path 515.
  • the water (W) supplied to the main pipe 410 of the piping unit 400 flows toward the module pipe 430 in which the module valve 435 is opened among the plurality of module pipes 430
  • heat may be supplied to the battery module 100.
  • the water is supplied to the battery module 100 in which the abnormal heat is generated, so that the battery module 100 in which the abnormal heat is generated can be cooled more quickly. That is, in the present embodiment, when a situation such as abnormal heat generation occurs through water in the coolant tank 300, emergency cooling through the water can be implemented toward the battery module 100 in which the abnormal heat is generated, When at least one of the battery modules 100 is ignited, propagation of flame and heat toward the adjacent battery module 100 may be prevented more quickly.
  • the plurality of water pressure control units 450 provided in the main pipe 410 when the water is supplied, adjusts the water pressure according to the height of the main pipe 410 to control the plurality of battery modules 100 )
  • the same flow rate can be guided anywhere. That is, in the case of the present embodiment, it is possible to guide the uniform input of water W regardless of the height of the stacked battery modules 100 through the plurality of water pressure adjusting units 450.
  • the water pressure control unit 450 guides uniform flow rate input regardless of the stacking height. can do.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a power storage device according to an embodiment of the present invention.
  • the power storage device 1 as an energy source, can be used for home or industrial use.
  • the power storage device 1 may include at least one of the preceding embodiments, and in this embodiment, a plurality of battery racks 10 and a rack container 50 accommodating the plurality of battery racks 10. .
  • a flow rate supplement unit 800 may be provided between the plurality of battery racks 10 to connect coolant tanks therebetween.
  • the flow rate supplement unit 800 may supply water from a coolant tank relatively filled with water to the coolant tank where water is reduced.
  • the power storage device 1 since the power storage device 1 according to the present embodiment includes the battery rack 10 of the previous embodiment, a power storage device 1 including all the advantages of the battery rack 10 of the previous embodiment is provided. Can provide.
  • the battery rack 10 and the battery rack 10 capable of more quickly preventing the propagation of flame and heat toward the adjacent battery module 100 It is possible to provide the power storage device 1 including.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙은, 복수 개의 배터리 모듈, 복수 개의 배터리 모듈을 수용하는 랙 케이스, 랙 케이스의 상측에 구비되고, 소정의 냉매를 구비하는 쿨란트 탱크, 쿨란트 탱크와 복수 개의 배터리 모듈을 연결하는 배관 유닛 및 복수 개의 배터리 모듈 중 적어도 하나의 배터리 모듈의 온도가 소정 온도 이상일 때 상기 소정 온도 이상의 배터리 모듈로 냉매를 공급할 수 있도록 개방되어 쿨란트 탱크의 냉매를 배관 유닛으로 내보내는 밸브 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 랙 및 이를 포함하는 전력 저장 장치
본 발명은 배터리 랙 및 이를 포함하는 전력 저장 장치에 관한 것이다.
본 출원은 2019년 07월 17일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제10-2019-0086397호에 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. 여기서, 적어도 하나의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙은 다양한 전압과 용량 요구 조건 등에 따라, 이러한 배터리 랙을 적어도 하나 이상 구비하는 전력 저장 장치를 구성하기도 한다.
종래 배터리 랙의 경우, 랙 케이스 내의 복수 개의 배터리 모듈들 중 적어도 어느 하나의 배터리 모듈에서 이상 상황 발생 시, 이상 상황이 발생된 배터리 모듈에서 발화가 발생할 수 있다.
이러한 어느 하나의 배터리 모듈에서 발화가 발생할 경우, 인접한 주위 배터리 모듈들로 화염 및 열이 전파될 경우, 추가적인 발화로 이어져 중대한 재산상 손실이나 커다란 인명피해 등을 야기하는 문제가 있다.
그러므로, 배터리 모듈들 중 적어도 하나의 발화 시 인접한 배터리 모듈 측으로의 화염 및 열의 전파를 보다 신속히 방지할 수 있는 배터리 랙 및 이를 포함하는 전력 저장 장치를 제공할 수 있는 방안의 모색이 요청된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 배터리 모듈들 중 적어도 하나의 발화 시 인접한 배터리 모듈 측으로의 화염 및 열의 전파를 보다 신속히 방지할 수 있는 배터리 랙 및 이를 포함하는 전력 저장 장치를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 해결하기 위해, 본 발명은, 배터리 랙은, 상기 배터리 랙의 상하 방향을 따라 상호 적층되며, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 복수 개의 배터리 모듈; 상기 복수 개의 배터리 모듈을 수용하는 랙 케이스; 상기 랙 케이스의 상측에 구비되고, 소정의 냉매를 구비하는 쿨란트 탱크; 상기 쿨란트 탱크와 상기 복수 개의 배터리 모듈을 연결하는 배관 유닛; 및 상기 배관 유닛과 상기 쿨란트 탱크 사이에 구비되며, 상기 복수 개의 배터리 모듈 중 적어도 하나의 배터리 모듈의 온도가 소정 온도 이상일 때 상기 소정 온도 이상의 배터리 모듈로 상기 냉매를 공급할 수 있도록 개방되어 상기 쿨란트 탱크의 냉매를 상기 배관 유닛으로 내보내는 밸브 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 랙을 제공한다.
상기 배터리 랙은, 상기 랙 케이스에 구비되며, 상기 복수 개의 배터리 모듈의 온도를 감지하기 위한 적어도 하나의 온도 센서;를 포함할 수 있다.
상기 밸브 유닛은, 상기 쿨란트 탱크와 상기 배관 유닛을 연결하며, 내부에 상기 냉매의 유동을 위한 밸브 유로를 구비하는 밸브 본체; 및 상기 밸브 본체 내에 개폐 가능하게 구비되며, 상기 복수 개의 배터리 모듈의 온도가 소정 온도 미만일 때 상기 밸브 유로를 폐쇄하고, 상기 복수 개의 배터리 모듈 중 적어도 하나의 배터리 모듈의 온도가 소정 온도 이상일 때 상기 밸브 유로를 개방하는 개폐 밸브;를 포함할 수 있다.
상기 배터리 랙은, 상기 적어도 하나의 온도 센서와 상기 밸브 유닛과 전기적으로 연결되며, 상기 밸브 유닛의 동작을 제어하는 제어 유닛;을 포함할 수 있다.
상기 배관 유닛은, 상기 밸브 유닛과 연결되는 메인 배관; 및 상기 메인 배관과 연결되며, 각각의 배터리 모듈과 연결되는 복수 개의 모듈 배관;을 포함할 수 있다.
상기 메인 배관은, 상기 랙 케이스의 상하 방향을 따라 소정 길이로 길게 형성될 수 있다.
상기 복수 개의 모듈 배관은, 상기 랙 케이스의 상하 방향을 따라 상호 소정 거리 이격 배치될 수 있다.
상기 메인 배관에는, 상기 메인 배관의 높이에 따른 수압을 조절하기 위한 수압 조절부;가 구비될 수 있다.
상기 수압 조절부는, 상기 메인 배관의 내벽에 구비되며, 상기 메인 배관의 상하 방향에서 상기 복수 개의 모듈 배관 사이 사이에 배치될 수 있다.
상기 냉매는, 물로 마련될 수 있다.
그리고, 본 발명은, 전력 저장 장치로서, 전술한 실시예들에 따른 적어도 하나의 배터리 랙;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 장치를 제공한다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 배터리 모듈들 중 적어도 하나의 발화 시 인접한 배터리 모듈 측으로의 화염 및 열의 전파를 보다 신속히 방지할 수 있는 배터리 랙 및 이를 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 랙을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 배터리 랙의 배관 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 2의 배관 유닛의 부분 절개도이다.
도 4는 도 2의 배관 유닛의 A-A'부분의 단면도이다.
도 5 및 도 6은 도 2의 배관 유닛의 다양한 실시예에 따른 수압 조절부들을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 1의 배터리 랙의 밸브 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 8 내지 도 10은 도 1의 배터리 랙의 적어도 하나의 배터리 모듈의 이상 발열 시 배터리 랙의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장 장치를 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 랙을 설명하기 위한 도면이며, 도 2는 도 1의 배터리 랙의 배관 유닛을 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 도 2의 배관 유닛의 부분 절개도이며, 도 4는 도 2의 배관 유닛의 A-A'부분의 단면도이며, 도 5 및 도 6은 도 2의 배관 유닛의 다양한 실시예에 따른 수압 조절부들을 설명하기 위한 도면이며, 도 7은 도 1의 배터리 랙의 밸브 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 배터리 랙(10)은, 배터리 모듈(100), 랙 케이스(200), 쿨란트 탱크(300), 배관 유닛(400), 밸브 유닛(500), 온도 센서(600) 및 제어 유닛(700)을 포함할 수 있다.
상기 배터리 모듈(100)은, 복수 개로 구비될 수 있다. 상기 복수 개의 배터리 모듈(100)은 상기 배터리 랙(10)의 상하 방향을 따라 상호 적층될 수 있다. 이러한 상기 복수 개의 배터리 모듈(100)은, 각각, 적어도 하나의 배터리 셀(110)을 포함할 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 복수 개의 배터리 모듈(100)이 각각 복수 개의 배터리 셀(110)을 포함하는 것으로 한정하여 설명한다.
상기 복수 개의 배터리 셀(110)은, 각각, 이차 전지로 마련될 수 있다. 구체적으로, 상기 복수 개의 배터리 셀(110)은, 파우치형 이차 전지, 각형 이차 전지 및 원통형 이차 전지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 복수 개의 배터리 셀(110)이 파우치형 이차 전지인 것으로 한정하여 설명한다.
상기 랙 케이스(200)는, 상기 복수 개의 배터리 모듈(100)을 수용할 수 있다. 이러한 상기 랙 케이스(200)는 상기 복수 개의 배터리 모듈(100)을 상하 방향에서 상호 적층될 수 있게 수용할 수 있다.
상기 쿨란트 탱크(300)는, 상기 랙 케이스(200)의 상측에 구비될 수 있다. 이러한 상기 쿨란트 탱크(300)는 소정의 냉매를 내부에 구비될 수 있다. 이에 따라, 상기 쿨란트 탱크(300)에는 상기 냉매를 수용할 수 있는 수용 공간이 마련될 수 있다. 여기서, 상기 냉매는 액체 냉매로 마련될 수 있다. 예로써, 상기 냉매는 물로 마련될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 냉매가 물로 구비되는 것으로 한정하여 설명한다.
상기 배관 유닛(400)은, 상기 쿨란트 탱크(300)와 상기 복수 개의 배터리 모듈(100)을 연결할 수 있다. 상기 배관 유닛(400)은 상기 쿨란트 탱크(300)의 냉매, 즉, 상기 물을 상기 복수 개의 배터리 모듈(100) 측으로 공급될 수 있게 가이드 할 수 있다.
이러한 상기 배관 유닛(400)은, 메인 배관(410), 모듈 배관(430) 및 수압 조절부(450)를 포함할 수 있다.
상기 메인 배관(410)은, 후술하는 밸브 유닛(500)과 연결되며, 상기 랙 케이스(200)의 상하 방향을 따라 소정 길이로 길게 형성될 수 있다. 이러한 상기 메인 배관(200)은 상기 랙 케이스(200)와 소정 간격으로 이격 배치될 수 있다.
상기 모듈 배관(430)은, 상기 메인 배관(410)과 연결되며, 상기 메인 배관(410)으로부터 수평 방향으로 배치될 수 있다. 이러한 상기 모듈 배관(430)은 복수 개로 구비되며, 각각의 배터리 모듈(100)과 연결될 수 있다.
상기 복수 개의 모듈 배관(430)은, 상기 랙 케이스(200)의 상하 방향을 따라 상호 소정 거리 이격 배치될 수 있다. 상기 복수 개의 모듈 배관(430)은, 상기 메인 배관(410)과 상기 복수 개의 배터리 모듈(100)을 상호 연결할 수 있다.
이러한 상기 복수 개의 모듈 배관(430)은, 각각, 모듈 밸브(435)를 포함할 수 있다.
상기 모듈 밸브(435)는, 각각의 모듈 배관(430)의 내부 유로에 개폐 가능하게 구비될 수 있다. 이러한 상기 모듈 밸브(435)는, 후술하는 제어 유닛(700)과 전기적으로 연결될 수 있다. 각각의 모듈 밸브(435)는 후술하는 제어 유닛(700)의 제어에 따라 상기 모듈 배관(430)의 내부 유로를 개방하거나 또는 패쇄할 수 있게 동작할 수 있다.
한편, 상기 모듈 밸브(435)는 상기 제어 유닛(700)의 제어가 아닌 다른 방식으로도 개방 또는 패쇄 가능하게 구비되는 것도 가능할 수 있다. 예로써, 상기 모듈 밸브(435)는, 상기 모듈 배관(430)의 내부 유로를 패쇄할 수 있게 상기 모듈 배관(430) 내부에 장착된 상태에서, 상기 배터리 모듈(100)의 이상 발열 시, 상기 모듈 배관(430)의 내부 유로를 개방할 수 있게 상기 기 설정된 소정 온도 이상에서 녹아 내리거나 또는 끊어지는 등의 방식의 부재로 구비되는 것도 가능할 수 있다.
상기 수압 조절부(450)는, 상기 메인 배관(410)의 높이에 따라 수압을 조절하기 위한 것으로서, 상기 메인 배관(410)의 내벽에 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 수압 조절부(450)는, 복수 개로 구비되어, 상기 메인 배관(410)의 상하 방향에서, 상기 복수 개의 모듈 배관(430) 사이 사이에 배치될 수 있다.
상기 복수 개의 수압 조절부(450)는, 상기 메인 배관(410)의 내벽으로부터 상기 메인 배관(410)의 중앙부 측으로 소정 길이 돌출되게 형성될 수 있다. 이러한 상기 복수 개의 수압 조절부(450)가 구비된 상기 메인 배관(410)의 내경은 상기 복수 개의 수압 조절부(450)가 구비되지 않은 부분보다 상대적으로 상기 메인 배관(410)의 내경이 줄어들 수 있다. 이에 따라, 상기 복수 개의 모듈 배관(430) 사이 사이의 상기 복수 개의 수압 조절부(450)가 구비되는 상기 메인 배관(410) 부분들 공간에는 배관 손실이 일어날 수 있다. 이러한 배관 손실에 의해 상기 메인 배관(410)을 통해 상기 물이 유동할 때, 중력에 의해 증가되는 압력을 상쇄시켜, 상기 복수 개의 모듈 배관(430) 측 어디에서나 높이에 상관 없이 보다 균일하게 상기 물이 공급될 수 있다.
즉, 상기 복수 개의 수압 조절부(450)를 통해 상기 메인 배관(410)의 높이에 따른 수압을 조절하여, 상기 물 공급 시, 상기 복수 개의 배터리 모듈들(100)의 상측이나 하측, 중앙 측을 포함한 상기 복수 개의 배터리 모듈들(100) 어디에서나 상기 물이 균일하게 투입될 수 있다. 결국, 상기 복수 개의 수압 조절부(450)는 상기 배터리 모듈들(100)의 높이에 상관 없이 균일한 유량의 투입을 가이드 할 수 있다.
한편, 상기 복수 개의 수압 조절부(450)는, 상기 메인 배관(410)의 배관 손실을 줄 수 있는 기타 다른 구조로 마련되는 것도 가능할 수 있다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 복수 개의 수압 조절부(450)는 상기 메인 배관(410)의 내벽으로 돌출되어 상기 메인 배관(410)의 중앙 측을 중심으로 방사 형태로 마련되는 복수 개의 리브들로 마련되는 것도 가능할 수 있으며, 도 6에 도시된 바와 같이, 복수 개의 수압 조절부(470)는, 내부에 복수 개의 통공들이 마련되는 원판 형상으로 마려되는 것도 가능할 수 있다.
상기 밸브 유닛(500)은, 상기 배관 유닛(400)과 상기 쿨란트 탱크(300) 사이에 구비되며, 상기 복수 개의 배터리 모듈(100) 중 적어도 하나의 배터리 모듈(100)의 온도가 소정 온도 이상일 때 상기 소정 온도 이상의 배터리 모듈(100)로 상기 물을 공급할 수 있도록 개방되어 상기 쿨란트 탱크(300)의 물을 상기 배관 유닛(400)으로 내보낼 수 있다.
이러한 상기 밸브 유닛(500)은, 밸브 본체(510) 및 개폐 밸브(530)를 포함할 수 있다.
상기 밸브 본체(510)는, 상기 쿨란트 탱크(300)와 상기 배관 유닛(400)을 연결할 수 있다. 이러한 상기 밸브 본체(510)의 내부에는 상기 물의 유동을 위한 밸브 유로(515)가 구비될 수 있다.
상기 개폐 밸브(530)는, 상기 밸브 본체(510) 내에 개폐 가능하게 구비되며, 상기 쿨란트 탱크(300) 가까이에 배치될 수 있다. 이러한 상기 개폐 밸브(530)는, 상기 복수 개의 배터리 모듈(100)의 온도가 소정 온도 미만일 때 상기 밸브 유로(515)를 폐쇄하고, 상기 복수 개의 배터리 모듈(100) 중 적어도 하나의 배터리 모듈(100)의 온도가 소정 온도 이상일 때 상기 밸브 유로(515)를 개방할 수 있다.
상기 온도 센서(600)는, 상기 랙 케이스(200)에 구비되며, 상기 복수 개의 배터리 모듈(100)의 온도를 감지할 수 있다. 이러한 상기 온도 센서(600)는, 복수 개로 구비될 수 있다. 상기 복수 개의 온도 센서(600)는, 각각, 각각의 배터리 모듈(100) 가까이에 배치될 수 있다.
상기 제어 유닛(700)은, 상기 복수 개의 배터리 모듈(100), 상기 복수 개의 온도 센서(600), 상기 모듈 밸브(435), 상기 밸브 유닛(500) 및 상기 배터리 랙(10)의 각종 전장 부품 등과 전기적으로 연결되며, 상기 배터리 랙(10)의 동작 등을 제어할 수 있다. 예로써, 상기 제어 유닛(700)은, 상기 복수 개의 배터리 모듈(100) 중 적어도 하나의 배터리 모듈(100)의 이상 발열에 따른 화재 등 발생 시, 상기 밸브 유닛(500)의 상기 개폐 밸브(530)의 동작 및 상기 이상 발열이 발생한 적어도 하나의 배터리 모듈(100)과 연결되는 상기 모듈 배관(430)의 상기 모듈 밸브(435)의 동작을 제어할 수 있다.
이하에서는, 이러한 본 실시예에 따른 상기 배터리 랙(10)의 적어도 하나의 배터리 모듈(100)의 이상 발열 시 상기 배터리 랙(10)의 구체적인 동작에 대해 보다 자세히 살펴 본다.
도 8 내지 도 10은 도 1의 배터리 랙의 적어도 하나의 배터리 모듈의 이상 발열 시 배터리 랙의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 상기 배터리 랙(10)의 복수 개의 배터리 모듈(100) 중 적어도 하나의 배터리 모듈(100)에서 이상 발열 등에 따라 온도가 급격히 상승할 수 있다. 이 경우, 이상 발열이 발생한 배터리 모듈(100)에서 화재 등이 발생할 경우, 이러한 화재가 인접한 배터리 모듈(100)로 이어질 경우, 전체 배터리 랙(10)의 폭발 등 더 큰 위험이 발생할 수 있기에, 이를 사전에 신속히 차단하는 것이 필요하다. 즉, 상기 배터리 모듈들(100) 중 적어도 하나의 발화 시 인접한 배터리 모듈(100) 측으로의 화염 및 열의 전파 등을 보다 신속히 차단하는 것이 필요하다.
본 실시예의 경우, 상기 배터리 랙(10)의 복수 개의 배터리 모듈(100) 중 적어도 하나의 배터리 모듈(100)에서 이상 발열 등에 따른 온도가 상승될 경우, 먼저, 이상 발열 등에 따라 온도가 상승된 배터리 모듈(100) 가까이의 상기 온도 센서(600)에서 이를 감지할 수 있다. 이후, 상기 제어 유닛(700)은, 상기 온도 센서(600)에서 감지된 온도가 기 설정된 소정 온도 이상일 경우, 상기 밸브 유닛(500)의 상기 개폐 밸브(530) 및 상기 기 설정된 소정 온도 이상으로 이상 발열된 배터리 모듈(100)과 연결되는 모듈 배관(430)의 모듈 밸브(435)를 개방시킬 수 있다.
상기 밸브 유닛(500)의 상기 개폐 밸브(530) 개방에 따라, 상기 쿨란트 탱크(300) 내부에 수용되어 있던 물(W)은, 상기 밸브 유닛(500)의 상기 밸브 본체(510)의 상기 밸브 유로(515)를 따라, 상기 배관 유닛(400) 측으로 공급될 수 있다.
이후, 상기 배관 유닛(400)의 상기 메인 배관(410)으로 공급된 물(W)은, 상기 복수 개의 모듈 배관(430) 중 상기 모듈 밸브(435)가 개방된 모듈 배관(430) 측으로 유동하면서 상기 기 설정된 소정 온도 이상으로 온도가 상승된 이상 발열된 배터리 모듈(100)로 공급될 수 있다.
이에 따라, 상기 이상 발열이 발생한 배터리 모듈(100) 측으로 상기 물이 공급되어, 보다 신속히 이상 발열이 발생한 배터리 모듈(100)을 냉각시킬 수 있다. 즉, 본 실시예에서는, 상기 쿨란트 탱크(300) 내의 물을 통해, 이상 발열 등의 상황 발생 시, 상기 이상 발열이 발생한 배터리 모듈(100) 측으로 상기 물을 통한 긴급 냉각을 구현할 수 있기에, 상기 배터리 모듈들(100) 중 적어도 하나의 발화 시 인접한 배터리 모듈(100) 측으로의 화염 및 열의 전파를 보다 신속히 방지할 수 있다.
한편, 상기 메인 배관(410)에 구비되는 상기 복수 개의 수압 조절부(450)는, 이러한 상기 물 공급 시, 상기 메인 배관(410)의 높이에 따른 수압을 조절하여 상기 복수 개의 배터리 모듈들(100) 어디에서나 동일한 유량 투입을 가이드 할 수 있다. 즉, 본 실시예의 경우, 상기 복수 개의 수압 조절부(450)를 통해, 상기 적층된 배터리 모듈(100)의 높이에 상관없이 균일한 물(W)의 투입을 가이드 할 수 있다.
다시 말해, 상기 적층된 배터리 모듈(100) 중 상측의 배터리 모듈(100)에서 이상 발열이 발생한 경우, 하측의 배터리 모듈(100)에서 이상 발열이 발생한 경우, 중앙 측의 배터리 모듈(100)에서 이상 발열이 발생한 경우 등, 적층 높이가 서로 다른 경우에도, 이상 발열된 배터리 모듈(100)의 냉각을 위한 물 공급 시, 상기 수압 조절부(450)를 통해 적층 높이에 상관 없이 균일한 유량 투입을 가이드 할 수 있다.
이상과 같은, 상기 복수 개의 수압 조절부(450)를 통해, 상측에 적층된 배터리 모듈(100)의 이상 발열 시 공급되는 유량, 하측에 적층된 배터리 모듈(100)의 이상 발열 시 공급되는 유량, 또는 중앙 측에 적층된 배터리 모듈(100)의 이상 발열 시 공급되는 유량 등이 모두 균일할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 11을 참조하면, 전력 저장 장치(1)는, 에너지원으로서, 가정용 또는 산업용으로 이용될 수 있다. 이러한 상기 전력 저장 장치(1)는, 앞선 실시예의 적어도 하나, 본 실시예의 경우, 복수 개의 배터리 랙(10) 및 상기 복수 개의 배터리 랙(10)을 수용하는 랙 컨테이너(50)를 포함할 수 있다.
한편, 복수 개의 배터리 랙(10) 사이 사이에는 상호 간의 쿨란트 탱크를 연결하는 유량 보충 유닛(800)이 구비될 수 있다. 상기 유량 보충 유닛(800)은, 어느 하나의 배터리 랙(10)의 쿨란트 탱크의 물이 줄어들 때, 상대적으로 물이 채워진 쿨란트 탱크의 물을 물이 줄어드는 쿨란트 탱크 측으로 공급할 수 있다.
본 실시예에 따른 상기 전력 저장 장치(1)는, 앞선 실시예의 상기 배터리 랙(10)을 포함하기에, 앞선 실시예의 상기 배터리 랙(10)의 장점을 모두 포함하는 전력 저장 장치(1)를 제공할 수 있다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 상기 배터리 모듈들(100) 중 적어도 하나의 발화 시 인접한 배터리 모듈(100) 측으로의 화염 및 열의 전파를 보다 신속히 방지할 수 있는 상기 배터리 랙(10) 및 이를 포함하는 상기 전력 저장 장치(1)를 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 (11)

  1. 배터리 랙에 있어서,
    상기 배터리 랙의 상하 방향을 따라 상호 적층되며, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 복수 개의 배터리 모듈;
    상기 복수 개의 배터리 모듈을 수용하는 랙 케이스;
    상기 랙 케이스의 상측에 구비되고, 소정의 냉매를 구비하는 쿨란트 탱크;
    상기 쿨란트 탱크와 상기 복수 개의 배터리 모듈을 연결하는 배관 유닛; 및
    상기 배관 유닛과 상기 쿨란트 탱크 사이에 구비되며, 상기 복수 개의 배터리 모듈 중 적어도 하나의 배터리 모듈의 온도가 소정 온도 이상일 때 상기 소정 온도 이상의 배터리 모듈로 상기 냉매를 공급할 수 있도록 개방되어 상기 쿨란트 탱크의 냉매를 상기 배관 유닛으로 내보내는 밸브 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 랙 케이스에 구비되며, 상기 복수 개의 배터리 모듈의 온도를 감지하기 위한 적어도 하나의 온도 센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 밸브 유닛은,
    상기 쿨란트 탱크와 상기 배관 유닛을 연결하며, 내부에 상기 냉매의 유동을 위한 밸브 유로를 구비하는 밸브 본체; 및
    상기 밸브 본체 내에 개폐 가능하게 구비되며, 상기 복수 개의 배터리 모듈의 온도가 소정 온도 미만일 때 상기 밸브 유로를 폐쇄하고, 상기 복수 개의 배터리 모듈 중 적어도 하나의 배터리 모듈의 온도가 소정 온도 이상일 때 상기 밸브 유로를 개방하는 개폐 밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 온도 센서와 상기 밸브 유닛과 전기적으로 연결되며, 상기 밸브 유닛의 동작을 제어하는 제어 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배관 유닛은,
    상기 밸브 유닛과 연결되는 메인 배관; 및
    상기 메인 배관과 연결되며, 각각의 배터리 모듈과 연결되는 복수 개의 모듈 배관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 메인 배관은,
    상기 랙 케이스의 상하 방향을 따라 소정 길이로 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 복수 개의 모듈 배관은,
    상기 랙 케이스의 상하 방향을 따라 상호 소정 거리 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 메인 배관에는,
    상기 메인 배관의 높이에 따른 수압을 조절하기 위한 수압 조절부;가 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 수압 조절부는,
    상기 메인 배관의 내벽에 구비되며, 상기 메인 배관의 상하 방향에서 상기 복수 개의 모듈 배관 사이 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 냉매는,
    물로 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  11. 제1항에 따른 적어도 하나의 배터리 랙;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 장치.
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