WO2021167270A1 - 화재 발생시 내부에 주수된 소화용수의 외부 유출을 지연시킬 수 있는 구조를 갖는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 랙과 에너지 저장장치 - Google Patents

화재 발생시 내부에 주수된 소화용수의 외부 유출을 지연시킬 수 있는 구조를 갖는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 랙과 에너지 저장장치 Download PDF

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water
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조상현
배경현
신진규
이진규
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Definitions

  • the present invention relates to a battery module capable of initial suppression in case of an emergency such as a fire, and more particularly, it is possible to urgently input fire extinguishing water, and at this time, the water level in the battery module is constant by delaying the external outflow of the input fire extinguishing water as much as possible. It relates to a battery module that can be maintained more than, and a battery rack or energy storage device including the same.
  • an abnormality such as a short circuit occurs in some battery cells and the temperature is continuously increased. .
  • a safety issue may occur.
  • the present invention has been devised in consideration of the above-described problems, and it is an object of the present invention to suppress transition and flame between battery cells by urgently injecting fire extinguishing water when bending gas or flame occurs in a battery cell inside a battery module.
  • Another object of the present invention is to delay the outflow of the fire extinguishing water as much as possible so that the water level for the fire fighting water can be maintained above a certain level in the battery module.
  • a battery module for solving the above-described problems includes: a cell stack formed by stacking a plurality of battery cells in one direction; a module housing having an internal space capable of accommodating the cell stack, and an air inlet and an air outlet allowing the inflow and outflow of air; a valve installation hole formed through a wall of the module housing, and a water injection valve nozzle disposed to face the inner space of the module housing at a position where the valve installation hole is located; and a water expansion member provided inside the module housing and occluding at least one of the air inlet, the air outlet, and the valve installation hole by expanding in volume as water is absorbed when the water injection valve nozzle is operated. .
  • the water expansion member is provided in a frame shape with an empty space inside the rim, and is a non-woven fabric holder provided to be fixedly coupled to the inner surface of the module housing in which the air inlet, the air outlet, or the valve installation hole are formed. ; and a superabsorbent nonwoven fabric attached to the inner surface of the nonwoven fabric holder.
  • the nonwoven fabric holder is provided in a rectangular frame shape, and the superabsorbent nonwoven fabric may be attached one by one to the left and right wall surfaces of the nonwoven fabric holder.
  • the empty space of the nonwoven holder may be provided to communicate with the air inlet, the air outlet, or the valve installation hole.
  • the rim of the nonwoven holder may be provided to surround the air inlet, the air outlet, or the valve installation hole and be provided in close contact with the inner surface of the module housing.
  • the water expansion member may further include a mesh coupled to the nonwoven holder so as to cover at least one of the front and rear sides of the empty space.
  • the water injection valve nozzle may include a glass bulb blocking a path through which the extinguishing water is discharged, and the glass bulb accommodates a liquid therein and the liquid expands in volume above a certain temperature to be broken.
  • the water injection valve nozzle may be inserted into the module housing through the valve installation hole.
  • the water injection valve nozzle may be disposed in the module housing integrally with the module housing, and the valve installation hole may be formed to correspond to a diameter of a rear end of the water injection valve nozzle.
  • the rack housing A plurality of battery modules according to the present invention arranged in layers in the rack housing; a water tank disposed inside the rack housing or around the rack housing; a pipe connecting the water tank and each battery module; at least one sensor installed in the rack housing to detect a thermal runaway phenomenon occurring in at least some of the plurality of battery modules; And when a thermal runaway phenomenon is detected by the sensor, a controller for outputting a control signal for allowing fire-fighting water to flow into the battery module through the pipe; a battery rack comprising a can be provided.
  • each of the plurality of control valves are installed adjacent to the plurality of battery modules to individually allow or block the flow of fire fighting water flowing into the plurality of battery modules
  • the sensor may be installed in each of the plurality of battery modules, and the controller may output a control signal to open a control valve installed adjacent to a battery module in which a thermal runaway phenomenon is detected by the sensor among the plurality of control valves.
  • an energy storage device including one or more of the above-described battery rack may be provided.
  • the battery module according to the present invention is provided with a water expansion member that can block the ventilation holes in an emergency, so that the emergency water for fire extinguishing can stay at a constant level inside the battery module. Accordingly, it is possible to effectively suppress the flame of the battery cell and the transition between the cells.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a battery rack according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a reference view for explaining the fire extinguishing system of the battery rack according to Figure 1.
  • FIG 3 is a partially exploded perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a front perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a rear perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a flow of fire extinguishing water and an arrangement structure of a water expansion member in a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view of the battery module of FIG. 5 in which a left side plate is removed.
  • FIG. 8 is an enlarged view of area A of FIG. 7 .
  • FIG. 9 is an enlarged view of the inside of a portion corresponding to area B of FIG. 7 .
  • FIG. 10 is a view for illustrating a water-expandable member according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a view showing a modified example of the water-expandable member of FIG.
  • FIG. 12 is a view corresponding to FIG. 8 and is a view for explaining another embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram schematically illustrating an energy storage device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 1 is a perspective view schematically showing a battery rack according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a reference view for explaining the fire extinguishing system of the battery rack according to Figure 1.
  • the battery rack 100 includes a rack housing 110 and a plurality of battery modules 120 .
  • the rack housing 110 is made of a plurality of frames, and may be configured to mount a plurality of battery modules 120 and a controller 140 therein.
  • a plurality of battery modules 120 may be stacked on each other in the rack housing 110 in layers. By stacking the battery modules 120 in the rack housing 110 as shown in the drawing, it is possible to improve the space utilization, electrical connection convenience, and energy density of the battery rack 100 . However, since such a battery rack 100 is a cluster of a plurality of battery modules 120, a cooling device is required for each battery module 120 for effective temperature management. In addition, when a flame occurs in a specific battery module 120 in the structure of the battery rack 100 as described above, the flame is easy to propagate to other battery modules 120 .
  • the battery rack 100 is a water tank 130, a controller 140, a pipe 150 and a sensor ( 160) is further included.
  • a water tank 130 storing fire-fighting water is disposed around the rack housing 110 , and the water tank 130 and each of the water tanks 130 using a pipe 150 .
  • the pipe 150 serves as a passage for transferring fire-fighting water from the water tank 130 to the battery module 120 .
  • the portion connected to each battery module 120 in the pipe 150 may be of a manifold type branched in multiple stages to correspond to the layered battery modules 120 .
  • the water tank 130 may be configured such that the water tank 130 is disposed inside the rack housing 110 , for example, at the uppermost end of the rack housing 110 .
  • the water tank 130 and each battery module 120 can be connected with a short pipe 150 , and fire-fighting water can be quickly supplied to the battery module 120 by free fall and water pressure without using a pump. will be able to supply
  • a separate pump may be applied to the water tank 130 to more quickly and smoothly supply fire fighting water.
  • the controller 140 of the battery rack 100 is basically a function as a BMS (battery management system) that manages the charge/discharge of the battery modules 120 and is connected to the sensor 160 and the water tank 130 It may be configured to output a control signal for opening the water tank 130 according to the sensing signal of the sensor 160 .
  • BMS battery management system
  • the controller 140 detects a gas inside the specific battery module 120 due to a thermal runaway phenomenon occurring in a specific battery module 120 among the plurality of battery modules 120 or the temperature rises above a reference value.
  • a control signal for opening the water tank 130 is output so that water for fire fighting can be supplied to the specific battery module 120 .
  • the sensor 160 may be used to detect the temperature or gas of the battery module 120 .
  • the sensor 160 detects a rise in temperature and/or gas ejection and transmits a detection signal to the controller 140 .
  • the sensor 160 may be a temperature sensor or a gas detection sensor, and may have a form in which a temperature sensor and a gas detection sensor are combined.
  • the sensor 160 may be attached to the inside or outside of each of the plurality of battery modules 120 in order to quickly sense the temperature of the battery module 120 and/or the gas generated from the battery module 120 .
  • the battery rack 100 is installed in multiple stages on the pipe 150 in a one-to-one correspondence with each battery module 120 to individually allow or block the flow of fire extinguishing water flowing into the corresponding battery module 120.
  • Control valves 170 may be further included.
  • At least one sensor 160 is provided for each battery module 120 .
  • the sensor 160 is provided for each battery module 120 , it becomes possible to inject fire-fighting water only to some battery modules 120 in which the thermal runaway phenomenon has occurred.
  • the controller 140 receives a detection signal from some of the sensors 160 , it is determined that a thermal runaway phenomenon has occurred in the battery module 120 to which the sensor 160 that has transmitted the detection signal is attached, and a plurality of The control valve 170 installed adjacent to the battery module 120 in which the thermal runaway phenomenon has occurred among the control valves 170 of
  • the battery module 120 may include a cell stack 121 , a module housing 123 , a water injection valve nozzle 125 , and a water expansion member 127 provided in the module housing 123 .
  • the cell stack 121 may be formed of a plurality of battery cells 121a arranged in close contact along one direction (X-axis direction). That is, in the present embodiment, the cell stack 121 is formed by using the bidirectional pouch-type battery cells 121a with 121b positioned in opposite directions. As an alternative example of the pouch-type battery cell 121a, a prismatic battery cell 121a may be employed.
  • a bus bar frame 121c may be mounted on the front and rear portions of the cell stack 121 in the longitudinal direction.
  • the bus bar frame 121c may have bus bars provided in the form of a metal plate in a predetermined pattern.
  • the positive lead of one battery cell 121a and the negative lead of another battery cell 121a are integrally fixed to the surface of the bus bar by, for example, welding, so that the battery cells 121a are serially and/or in parallel.
  • the module housing 123 has an approximately rectangular box shape and includes an internal space that can accommodate the cell stack 121 and an air inlet 122 and an air outlet 124 that allow air to flow in and out.
  • the module housing 123 is a bottom plate 123a, a top plate 123b, and left and right side plates 123c and 123d. , the parts may be divided into front and rear plates 123e and 123f.
  • Each of the six plates constitutes the module housing 123 so that they can be assembled and disassembled with each other, or some of the six plates are integrally manufactured and the rest are individually manufactured so that the module housing 123 can be partially assembled and disassembled. It can also be configured.
  • the module housing 123 of this embodiment is manufactured so that the left and right widths of the bottom plate 123a and the top plate 123b are larger than the length of the cell stack 121, and the cell stack 121 has the longitudinal direction of the above. It may be disposed on the bottom plate (123a) to coincide with the width direction of the bottom plate (123a). At this time, the front and rear portions of the cell stack 121 are placed at positions spaced apart by a predetermined distance from the left and right ends of the bottom plate 123a, respectively, to secure an air passage in the battery module 120. have.
  • the air inlet 122 is provided on the left side of the front plate 123e, and the air outlet 124 is the rear plate ( 123f) is provided on the right side.
  • a circuit board for controlling the operation of the individual battery module 120, a protective cover 128 for shielding the same, and a blowing fan F for introducing external air into the air inlet 122 may be further attached.
  • the battery module 120 of the present invention operates through the air inlet 122 on the left front side of the battery module 120 when the blowing fan F operates. It can enter and exit through the air outlet 124 on the rear right side of the battery module 120 .
  • outside air of the left air passage inside the battery module 120 may flow into the right air passage through an empty space formed between the top of the cell stack 121 and the top plate 123b.
  • the upper edge portions of the battery cells 121a may come into contact with external air to be cooled.
  • the battery cells 121a are placed in close contact to increase the energy density so that the upper edge portions of the battery cells 121a can be cooled. , may be configured to allow air to flow between the battery cells 121a.
  • the module housing 123 may be provided to accommodate more than the cell stack 121 and the bus bar frame 121c mounted thereon.
  • the module housing 123 of the present embodiment is designed to be sized to accommodate two sets of cell stacks 121, but, unlike, one set of cell stacks 121 or three or more cell stacks ( 121), the size can be changed at will.
  • the module housing 123 further includes a valve installation hole 126 in the rear plate 123f, and the water injection valve nozzle 125 is connected to the battery module ( 120) may be inserted to face the inner space.
  • the water injection valve nozzle 125 may be connected to the aforementioned pipe 150 to receive fire fighting water.
  • the water injection valve nozzle 125 includes a glass bulb 125a that normally blocks a path (outlet) through which the fire extinguishing water is discharged, but is broken in an emergency so that the fire extinguishing water can be discharged.
  • the glass bulb 125a may be broken by volume expansion of the predetermined liquid at a predetermined temperature, for example, 70 degrees Celsius to 100 degrees Celsius or more.
  • the liquid may be water. That is, when the internal temperature of the battery module 120 rises above a predetermined temperature, the glass bulb 125a blocking the passage through which the extinguishing water of the water injection valve nozzle 125 flows is broken, so that The outlet may be configured to be open.
  • the fire suppression can be effectively performed only when the water level of the fire-fighting water in the battery module 120 can be kept constant.
  • the battery module 120 according to the present invention, as shown in FIG. 6 , water expansion provided to block at least one of the air inlet 122 , the air outlet 124 and the valve installation hole 126 .
  • a member 127 is further included.
  • the water expandable member 127 includes a nonwoven fabric holder 127a and a superabsorbent nonwoven fabric 127b, and the air inlet 122, the air outlet ( 124), it may be provided to be fixedly coupled to the inner surface of the module housing 123 in which the valve installation hole 126 is formed.
  • the non-woven fabric holder 127a is provided in a rectangular frame shape with an empty space inside the rim, and is made of a non-metallic material and has electrical insulation, and may be made of, for example, rubber, silicone, or plastic material.
  • the nonwoven holder 127a may have an edge surrounding the valve installation hole 126 to be in close contact with the inner surface of the rear plate 123f.
  • the edge of the nonwoven fabric holder 127a may be closely adhered to and fixed to the inner surface of the rear plate 123f using a sealing adhesive or a screw. In this case, the empty space inside the rim of the nonwoven fabric holder 127a is placed at a position communicating with the valve installation hole 126 .
  • the air inlet 122 and the air outlet 124 are also formed inside the module housing 123 so that the edge of the nonwoven holder 127a surrounds the air inlet 122 and the air outlet 124. It can be attached to the side.
  • the superabsorbent nonwoven fabric 127b may be attached to the inner surface of the nonwoven fabric holder 127a, that is, to the inner surface of the rim.
  • the superabsorbent nonwoven fabric 127b contains a resin having a very large expansion rate when absorbing moisture, and contains a resin whose volume increases by at least about two times compared to the initial volume when a sufficient amount of moisture is provided.
  • the resin used for the superabsorbent nonwoven fabric 127b include super absorbent fiber (SAF), polyester fiber, or a nonwoven fabric obtained by mixing them.
  • the SAF is made of SAP (super absorbent polymer) in the form of a fiber.
  • the superabsorbent nonwoven fabric 127b has a smaller size than the space inside the rim of the nonwoven fabric holder 127a.
  • the superabsorbent nonwoven fabric 127b has an air inlet 122 and an air outlet ( 124), it may be desirable to have a size of less than about 30% of the area.
  • the water expansion member 127 Since the water expansion member 127 is provided in a dry state when the battery module 120 is initially assembled, the air inlet 122 and the like are not normally blocked. Therefore, outside air can smoothly enter and exit the module housing 123 in normal times. However, when gas or flame is generated in the battery module 120 and water for fire-fighting is urgently injected into the battery module 120, the superabsorbent nonwoven fabric 127b comes into contact with moisture and swells. At this time, the air inlet 122) back is obstructed. As such, when the air inlet 122 or the like is blocked, the fire extinguishing water introduced into the battery module 120 does not easily escape to the outside and accumulates inside the battery module 120 , and thus in the battery module 120 . It is possible to quickly suppress the generated gas or flame.
  • the superabsorbent nonwoven fabric 127b may be attached one by one to the left and right wall surfaces of the nonwoven holder 127a as a pair, and expands when in contact with moisture.
  • the inner edge of the nonwoven fabric holder 127a may be blocked by the superabsorbent nonwoven fabric 127b. That is, as described above, since the air inlet 122 and the like are surrounded by the edge of the nonwoven fabric holder 127a, when the empty space inside the edge is filled with the superabsorbent nonwoven fabric 127b, the air inlet 122 is blocked. do.
  • occlusion does not necessarily mean complete occlusion at a level at which fire water cannot leak, but also includes cases where the level of leakage can be reduced.
  • the superabsorbent nonwoven fabric 127b is not necessarily limited to the illustrated one.
  • the superabsorbent nonwoven fabric 127b may be provided in the form of being attached to the inner surface of the rim of the nonwoven fabric holder 127a in the form of a square ring in the form of a square ring, or attached to the inner lower surface or upper surface of the rim of the nonwoven fabric holder 127a. may be
  • a water-expandable member 127 as shown in FIG. 11 may be provided. That is, the water-expandable member 127 according to the modified example may further include a mesh that covers at least one of the front and rear sides of the nonwoven holder 127a.
  • the nonwoven fabric holder 127a on which the mesh is mounted may have a shape similar to a box having air permeability while accommodating the superabsorbent nonwoven fabric 127b therein.
  • the water injection valve nozzle 125 since the water injection valve nozzle 125 must be installed in the valve installation hole 126 , in the case of the water expansion member 127 to be installed in the corresponding portion, it may be preferable to apply a mesh having an open central portion.
  • the battery module 120 according to another embodiment of the present invention has a difference in the valve installation hole 126A and the water injection valve nozzle 125A compared to the battery module 120 according to the embodiment of the present invention described above.
  • other components are substantially the same.
  • the water injection valve nozzle 125A according to the present embodiment is provided integrally with the module housing 123 and is disposed inside the module housing 123 . And the valve installation hole (126A) is formed to correspond to the diameter of the rear end of the water injection valve nozzle (125A).
  • the water injection valve nozzle 125A may be manufactured integrally with the rear plate 123f.
  • the water injection valve nozzle 125A may be welded to the inner wall surface of the rear plate 123f or configured by screwing.
  • the valve installation hole 126 is formed to be equal to or smaller than the inner diameter of the rear end of the water injection valve nozzle 125A so that it can be completely blocked by the water injection valve nozzle 125A.
  • Water for fire extinguishing may be supplied by connecting the pipe 150 to the valve installation hole 126A.
  • the water expansion member 127 since the airtightness of the corresponding part is solved, in the present embodiment, the water expansion member 127 only needs to be installed in the air inlet 122 and the air outlet 124 .
  • the air vents are blocked so that the fire fighting water can maintain a predetermined water level inside the module housing 123 . It is possible to suppress the fire more effectively and quickly by having a configuration and structure capable of preventing the secondary fire from spreading to other battery modules 120 .
  • the energy storage device 200 may be configured to include one or more battery racks 100 having the above-described battery modules 120 as a configuration.
  • the battery rack 100 is a plurality, as shown in FIG. 13, may be configured to be arranged continuously in one direction.
  • the energy storage device 200 may further include a master battery management device (Master Battery Management System, not shown) for integrally controlling the battery modules 120 and the battery rack 100, etc. .
  • Master Battery Management System Master Battery Management System, not shown

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Abstract

본 발명에 따른 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀들이 일 방향으로 적층되어 형성된 셀 적층체; 상기 셀 적층체를 수용할 수 있는 내부 공간과 공기의 유출입을 허용하는 공기 유입구와 공기 유출구를 구비하는 모듈 하우징; 상기 모듈 하우징의 일측 벽면에 관통 형성된 밸브 설치홀과, 상기 밸브 설치홀에 상기 모듈 하우징의 내부 공간을 향하도록 설치되는 주수 밸브노즐; 및 상기 모듈 하우징 내부에 구비되고, 상기 주수 밸브노즐의 작동시 수분을 흡수함에 따라 부피 팽창하여 상기 공기 유입구, 상기 공기 유출구 및 상기 밸브 설치홀 중 적어도 하나를 폐색시키는 수팽창 부재를 포함한다.

Description

화재 발생시 내부에 주수된 소화용수의 외부 유출을 지연시킬 수 있는 구조를 갖는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 랙과 에너지 저장장치
본 발명은 화재 발생 등과 같은 비상시에 초기 진압이 가능한 배터리 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 긴급하게 소화용수를 투입할 수 있고 이때 투입된 소화용수의 외부 유출을 최대한 지연시켜 배터리 모듈 내 수위를 일정 이상 유지할 수 있는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 랙 또는 에너지 저장장치에 관한 것이다.
본 출원은 2020년 02월 17일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2020-0019308호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
복수의 배터리 셀을 포함하는 형태의 배터리 모듈에 있어서, 일부 배터리 셀에 단락 발생 등의 이상이 생겨 지속적으로 온도가 상승하고 이로 인해 배터리 셀의 온도가 임계 온도를 넘어서게 되면 열 폭주 현상이 발생하게 된다. 이와 같이 일부 배터리 셀에 있어서 열 폭주 현상이 발생하게 되면, 안전성 이슈가 발생할 수 있다.
일부 배터리 셀에서 일어난 열 폭주 현상에 따라 화염 등이 발생하게 되면 이는 인접한 배터리 셀들의 온도를 급격히 상승시키게 되고, 이로 인해 짧은 시간 내에 인접한 셀들로 열 폭주 현상이 전파될 수 있다.
결국, 일부 배터리 셀에서 발생된 열 폭주 현상에 신속히 대처하지 못하는 경우, 배터리 셀보다 더 큰 용량의 전지 단위인 배터리 모듈이나 배터리 랙의 발화 및 폭발 등의 재해로 이어질 수 있으며, 이는 재산적 피해뿐만 아니라 안전성의 문제까지도 야기할 수 있다.
따라서, 배터리 모듈 내부에 있는 일부 배터리 셀에서 열 폭주 현상에 따른 화염이 발생하는 경우 배터리 모듈 내부의 온도를 신속히 낮추어 화염이 더 크게 번지는 것을 막는 것이 중요하다.
한편, 공냉식 구조를 채택하고 있는 배터리 모듈은 내부 화재시, 소화용수를 투입했을 때, 내외부로 연통해 있는 공기 유로들 때문에 소화용수가 외부로 쉽게 새어나와 배터리 모듈의 내부에 오래 머무르지 못함으로써 내부 화재 진압에 어려움이 있다. 따라서 공냉식 배터리 모듈에 있어 평상시 공기 유로를 유지하되, 소화용수를 주수시 공기 유로를 막을 수 있는 방안이 요구되고 있다.
본 발명은, 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 배터리 모듈 내부에 있는 배터리 셀에서 벤딩 가스 내지 화염이 발생시 소화용수를 긴급 투입하여 배터리 셀들 간의 전이 및 화염을 억제하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명은 소화용수의 수위가 배터리 모듈 내에서 일정 수준이상 유지될 수 있도록 상기 소화용수의 외부 유출을 최대한 지연시키는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀들이 일 방향으로 적층되어 형성된 셀 적층체; 상기 셀 적층체를 수용할 수 있는 내부 공간과 공기의 유출입을 허용하는 공기 유입구와 공기 유출구를 구비하는 모듈 하우징; 상기 모듈 하우징의 일측 벽면에 관통 형성된 밸브 설치홀과, 상기 밸브 설치홀이 있는 위치에서 상기 모듈 하우징의 내부 공간을 향하게 배치되는 주수 밸브노즐; 및 상기 모듈 하우징 내부에 구비되고, 상기 주수 밸브노즐의 작동시 수분을 흡수함에 따라 부피 팽창하여 상기 공기 유입구, 상기 공기 유출구 및 상기 밸브 설치홀 중 적어도 하나를 폐색시키는 수팽창 부재를 포함할 수 있다.
상기 수팽창 부재는, 테두리 안쪽이 빈 공간으로 이루어진 틀 형상으로 마련되고, 상기 공기 유입구, 상기 공기 유출구 또는 상기 밸브 설치홀이 형성되어 있는 상기 모듈 하우징의 내측면에 고정 결합 가능하게 마련되는 부직포 홀더; 및 상기 부직포 홀더의 내측 표면에 부착되는 초흡수성 부직포를 포함할 수 있다.
상기 부직포 홀더는 사각 틀 형상으로 마련되고, 상기 초흡수성 부직포는 상기 부직포 홀더의 좌측 벽면과 우측 벽면에 하나씩 부착될 수 있다.
상기 부직포 홀더의 빈 공간은 상기 공기 유입구, 상기 공기 유출구 또는 상기 밸브 설치홀과 연통하도록 마련될 수 있다.
상기 부직포 홀더의 테두리는 상기 공기 유입구, 상기 공기 유출구 또는 상기 밸브 설치홀을 에워싸며 상기 모듈 하우징의 내측면에 밀착되게 마련될 수 있다.
상기 수팽창 부재는, 상기 빈 공간의 앞쪽과 뒷쪽 중 적어도 한 곳을 커버하도록 상기 부직포 홀더에 결합되는 그물망을 더 포함할 수 있다.
상기 주수 밸브노즐은, 소화용수가 토출될 경로를 막고 있는 유리 벌브를 포함하고, 상기 유리 벌브는 내부에 액체를 수용하고 상기 액체가 일정 온도 이상에서 부피 팽창하여 깨어지게 마련될 수 있다.
상기 주수 밸브노즐은 상기 밸브 설치홀을 통해 상기 모듈 하우징 내부에 삽입 배치될 수 있다.
상기 주수 밸브노즐은 상기 모듈 하우징과 일체형으로 상기 모듈 하우징 내부에 배치되고, 상기 밸브 설치홀은 상기 주수 밸브노즐의 후단부 직경과 대응하게 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 의하면, 랙 하우징; 상기 랙 하우징 내에 층상 배열되는 본 발명에 따른 복수 개의 배터리 모듈들; 상기 랙 하우징의 내부 또는 상기 랙 하우징의 주변에 배치되는 물탱크; 상기 물탱크와 각각의 배터리 모듈을 연결하는 배관; 상기 랙 하우징 내에 설치되어 복수의 배터리 모듈 중 적어도 일부에서 발생된 열 폭주 현상을 감지하는 적어도 하나의 센서; 및 상기 센서에 의해 열 폭주 현상이 감지되면 상기 배관을 통해 소화용수가 상기 배터리 모듈로 유입되도록 하는 제어신호를 출력하는 컨트롤러;를 포함하는 배터리 랙이 제공될 수 있다.
상기 배관에 설치되는 복수의 제어밸브를 더 포함하며, 상기 복수의 제어밸브 각각은 상기 복수의 배터리 모듈과 인접 설치되어 상기 복수의 배터리 모듈로 유입되는 소화용수의 흐름을 개별적으로 허용 또는 차단하고, 상기 센서는 상기 복수의 배터리 모듈 각각에 설치되며, 상기 컨트롤러는 상기 복수의 제어밸브 중 상기 센서에 의해 열 폭주 현상이 감지된 배터리 모듈과 인접 설치된 제어밸브를 개방하도록 하는 제어신호를 출력할 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 의하면, 상술한 배터리 랙을 하나 이상 포함하는 에너지 저장장치가 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면, 배터리 모듈 내부에 있는 배터리 셀에서 벤딩 가스 내지 화염이 발생시 소화용수를 긴급 투입하여 배터리 셀들 간의 전이 및 화염을 억제할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 배터리 모듈은 비상시 통풍구들을 폐색시킬 수 있는 수팽창 부재를 구비하고 있어, 긴급 투입된 소화용수가 배터리 모듈 내부에서 일정 수위를 유지하며 머물 수 있다. 이에 따라 배터리 셀의 화염 및 셀들 간의 전이를 효과적으로 진압할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1에 따른 배터리 랙의 소화 시스템을 설명하기 위한 참고 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 부분 분해 사시도이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 전면부 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 후면부 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 내부에서 소화용수의 흐름 및 수팽창 부재의 배치 구조를 간략히 나타낸 도면이다.
도 7은 도 5의 배터리 모듈에서 좌측 사이드 플레이트를 분리한 사시도이다.
도 8은 도 7의 A 영역을 확대한 도면이다.
도 9는 도 7의 B 영역에 대응하는 부분의 안쪽을 확대한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 수팽창 부재를 나타내기 위한 도면이다.
도 11은 도 10의 수팽창 부재의 변형예를 도시한 도면이다.
도 12는 도 8에 대응하는 도면으로 본 발명의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장장치를 간략히 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 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙을 개략적으로 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1에 따른 배터리 랙의 소화 시스템을 설명하기 위한 참고 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙(100)은, 랙 하우징(110), 복수 개의 배터리 모듈(120)을 포함한다.
랙 하우징(110)은, 복수 개의 프레임들로 이루어지며, 내부에 복수 개의 배터리 모듈(120)들과 컨트롤러(140) 등을 탑재할 수 있게 구성될 수 있다.
복수 개의 배터리 모듈(120)은 랙 하우징(110) 내에서 서로 층상으로 적재될 수 있다. 도면과 같이 배터리 모듈(120)들을 랙 하우징(110) 내에 적층하여 수납함으로써 배터리 랙(100)의 공간 활용성, 전기적 연결 편의성 및 에너지 밀도를 좋게 할 수 있다. 다만, 이 같은 배터리 랙(100)은 복수 개의 배터리 모듈(120)들을 밀집해 놓은 것이어서, 효과적인 온도 관리를 위해서는 각 배터리 모듈(120)마다 냉각 장치가 요구된다. 또한, 위와 같은 배터리 랙(100)의 구조상 특정 배터리 모듈(120)에 화염이 발생할 경우, 화염이 다른 배터리 모듈(120)로 전파되기 쉽다.
이에 본 발명에 따른 배터리 랙(100)은 배터리 모듈(120)에서 가스 또는 화염 발생시 사고 확산을 막고 손실을 최소화하기 위한 수단으로서 물탱크(130), 컨트롤러(140), 배관(150) 및 센서(160)를 더 포함한다.
즉, 본 실시예에 따른 배터리 랙(100)은 랙 하우징(110)의 주변에 소화용수를 저장한 물탱크(130)가 배치되고, 배관(150)을 사용하여 물탱크(130)와 각각의 배터리 모듈(120)을 연결하여 비상시 소화용수가 각각의 배터리 모듈(120)에 선택적으로 공급되도록 구성될 수 있다. 여기서 상기 배관(150)은 물탱크(130)로부터 소화용수를 배터리 모듈(120)로 이송시키는 통로 역할을 한다. 편의상 자세히 도시하지 않았으나, 배관(150)에서 각각의 배터리 모듈(120)에 연결되는 부분은 층상 배열된 배터리 모듈(120)들에 대응하게 다단으로 분기된 매니폴드 타입으로 구성될 수 있다.
다른 예로는, 물탱크(130)를 랙 하우징(110)의 내부, 예컨대 랙 하우징(110)의 최상단부에 물탱크(130)가 배치되도록 구성할 수도 있다. 이 경우, 짧은 배관(150)으로 물탱크(130)와 각각의 배터리 모듈(120)을 연결할 수 있고, 또한 펌프를 이용하지 않더라도 자유 낙하 및 수압에 의해 소화용수를 신속하게 배터리 모듈(120)에 공급할 수 있을 것이다. 물론, 더욱 신속하고 원활하게 소화용수를 공급하기 위해 물탱크(130)에 별도의 펌프를 적용할 수도 있다.
그리고 도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 배터리 랙(100)의 소화 시스템을 간략히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 배터리 랙(100)의 컨트롤러(140)는 기본적으로 배터리 모듈(120)들의 충/방전을 관리하는 BMS(battery management system)로서의 기능과 센서(160) 및 물탱크(130)와 연결되어 센서(160)의 센싱 신호에 따라 물탱크(130)를 개방시키도록 하는 제어신호를 출력할 수 있도록 구성될 수 있다.
이를테면, 상기 컨트롤러(140)는 복수의 배터리 모듈(120) 중 특정 배터리 모듈(120)에서 발생된 열 폭주 현상으로 인해 상기 특정 배터리 모듈(120) 내부에 가스가 감지되거나 또는 기준치 이상으로 온도 상승이 감지되는 경우 물탱크(130)를 개방시키는 제어신호를 출력하여 소화용수가 상기 특정 배터리 모듈(120)로 공급될 수 있도록 한다. 이때 배터리 모듈(120)의 온도 또는 가스 감지를 위해 센서(160)가 사용될 수 있다.
상기 센서(160)는, 상술한 바와 같이, 복수의 배터리 모듈(120) 중 적어도 일부에서 열 폭주 현상이 발생되는 경우, 온도의 상승 및/또는 가스의 분출을 감지하고 감지 신호를 컨트롤러(140)에 송출한다. 예컨대, 센서(160)는 온도 센서 또는 가스 감지 센서일 수 있으며, 온도 센서와 가스 감지 센서가 조합된 형태를 가질 수도 있다. 이러한 센서(160)는 배터리 모듈(120)의 온도 및/또는 배터리 모듈(120)로부터 발생되는 가스를 신속하게 센싱하기 위해 복수의 배터리 모듈(120) 각각의 내측 또는 외측에 부착될 수 있다.
또한, 배터리 랙(100)은 각각의 배터리 모듈(120)과 일대일 대응하게 상기 배관(150)에 다단으로 설치되어 대응하는 배터리 모듈(120)로 유입되는 소화용수의 흐름을 개별적으로 허용 또는 차단하는 제어밸브(170)들을 더 포함할 수 있다.
이처럼, 복수의 제어밸브(170)를 독립적으로 동작시키기 위해서, 센서(160)는 각각의 배터리 모듈(120)마다 적어도 하나 이상 구비된다. 상기 센서(160)가 각각의 배터리 모듈(120)마다 구비되는 경우, 열 폭주 현상이 발생된 일부 배터리 모듈(120)에만 소화용수를 투입하는 것이 가능하게 된다.
즉, 상기 컨트롤러(140)는 일부 센서(160)로부터 감지 신호를 수신하게 되면, 감지 신호를 송출한 센서(160)가 부착된 배터리 모듈(120)에서 열 폭주 현상이 발생된 것으로 판단하고, 복수의 제어밸브(170)들 중 열 폭주 현상이 발생된 배터리 모듈(120)에 인접 설치된 제어밸브(170)를 개방하여 소화용수가 투입될 수 있도록 한다.
이어서, 도 3 내지 도 8을 참조하여, 본 발명에 따른 배터리 랙(100)에 적용되는 배터리 모듈(120)을 자세히 살펴보기로 한다.
본 발명에 따른 배터리 모듈(120)은 셀 적층체(121), 모듈 하우징(123), 주수 밸브노즐(125), 상기 모듈 하우징(123)의 내부에 구비되는 수팽창 부재(127)를 포함할 수 있다.
상기 셀 적층체(121)는 일 방향(X축 방향)을 따라 밀착되게 배열된 복수 개의 배터리 셀(121a)들로 형성될 수 있다. 즉, 본 실시예는 (121b)가 서로 반대 방향에 위치한 양방향 파우치형 배터리 셀(121a)들을 사용하여 셀 적층체(121)를 형성한 것이다. 파우치형 배터리 셀(121a)의 대안 예로는 각형 배터리 셀(121a)이 채용될 수도 있을 것이다.
상기 셀 적층체(121)의 길이 방향에 따른 전면부와 후면부에는 버스바 프레임(121c)이 장착될 수 있다. 상기 버스바 프레임(121c)에는 금속 플레이트 형태로 마련된 버스바들이 미리 결정된 패턴으로 구비될 수 있다. 이러한 버스바의 표면에 어느 배터리 셀(121a)의 양극 리드와 다른 배터리 셀(121a)의 음극 리드를 예컨대 용접 방식으로 일체로 고정하여 배터리 셀(121a)들이 직렬 및/또는 병렬되도록 할 수 있다.
상기 모듈 하우징(123)은 대략 직육면체 박스 형상으로 상기 셀 적층체(121)를 수용할 수 있는 내부 공간과 공기의 유출입을 허용하는 공기 유입구(122)와 공기 유출구(124)를 구비한다.
구체적으로, 도 4 내지 도 5, 도 7을 참조하면, 도 본 실시예에 따른 모듈 하우징(123)은, 바틈 플레이트(123a), 탑 플레이트(123b), 좌측 및 우측 사이드 플레이트(123c, 123d), 프런트 및 리어 플레이트(123e, 123f)로 파트가 구분될 수 있다. 상기 6개의 플레이트들을 각각 서로 조립 및 분해 가능하게 모듈 하우징(123)을 구성하거나 상기 6개의 플레이트들 중 일부는 일체형으로 제작하고 나머지는 개별 제작하여 부분적으로 조립 및 분해 가능하게 모듈 하우징(123)을 구성할 수도 있다.
본 실시예의 모듈 하우징(123)은 바틈 플레이트(123a)와 탑 플레이트(123b)의 좌우 폭이 셀 적층체(121)의 길이보다 더 크게 제작되며, 셀 적층체(121)는 그 길이방향이 상기 바틈 플레이트(123a)의 폭 방향과 일치하게 바틈 플레이트(123a)에 배치될 수 있다. 이때, 셀 적층체(121)의 전면부와 후면부는 각각 바틈 플레이트(123a)의 좌측 끝단부와 우측 끝단부에서 소정 간격 이격된 위치에 놓이도록 하여 배터리 모듈(120) 내에 공기 통로를 확보할 수 있다.
그리고 도 3과 도 4를 기준으로 할 때, 본 실시예의 모듈 하우징(123)에 있어서, 공기 유입구(122)는 프런트 플레이트(123e)의 좌측편에 구비되고, 공기 유출구(124)는 리어 플레이트(123f)의 우측편에 구비된다. 상기 프런트 플레이트(123e)의 전면에는 개별 배터리 모듈(120)의 작동을 제어하기 위한 회로기판 등과 이를 차폐하기 위한 보호커버(128)와 공기 유입구(122)에 외부 공기를 유입시키기 위한 송풍 팬(F)이 더 부착될 수 있다.
이와 같은 구성으로, 도 4의 화살 표시와 같이, 본 발명의 배터리 모듈(120)은 송풍 팬(F)이 작동하면 외부 공기가 배터리 모듈(120)의 정면 좌측에 있는 공기 유입구(122)를 통해 들어와 배터리 모듈(120)의 후면 우측에 있는 공기 유출구(124)를 통해 밖으로 빠져나갈 수 있다.
참고로, 배터리 모듈(120) 내부에서 좌측 공기 통로의 외부 공기는 셀 적층체(121)의 상단과 탑 플레이트(123b) 사이에 형성되어 있는 빈 공간을 통해 우측 공기 통로로 흐를 수 있다. 이때, 외부 공기에 배터리 셀(121a)들의 상단 에지 부분이 접촉해 냉각될 수 있다. 본 실시예는 에너지 밀도를 높이기 위해 배터리 셀(121a)들을 밀착시켜 놓고 배터리 셀(121a)들의 상단 에지 부분이 냉각될 수 있도록 하였으나, 본 실시예와 달리, 배터리 셀(121a)들을 완전히 밀착시키지 않고, 배터리 셀(121a)들 사이 사이에 공기가 흐를 수 있도록 구성하여도 좋다.
모듈 하우징(123)은 셀 적층체(121)와 이에 장착되는 버스바 프레임(121c) 이상 수용할 수 있게 마련될 수 있다. 이를테면, 본 실시예의 모듈 하우징(123)은 2세트의 셀 적층체(121)를 수용할 수 있는 사이즈로 설계된 것인데, 이와 달리, 한 세트의 셀 적층체(121) 또는 3개 이상의 셀 적층체(121)를 수용할 수 있게 그 사이즈는 얼마든지 변경될 수 있다.
또한, 도 5와 같이, 상기 모듈 하우징(123)은 리어 플레이트(123f)에 밸브 설치홀(126)을 더 포함하고, 상기 밸브 설치홀(126)을 통해 주수 밸브노즐(125)이 배터리 모듈(120)의 내부 공간을 향하도록 삽입 배치될 수 있다. 상기 주수 밸브노즐(125)은 상술한 배관(150)에 연결되어 소화용수를 공급받을 수 있다.
본 실시예에 따른 주수 밸브노즐(125)은 평상시 소화용수가 토출될 경로(출구)를 막고 있다가 비상시 깨어져 소화용수가 토출될 수 있도록 하는 유리 벌브(125a)를 포함한다.
상기 유리 벌브(125a)는 소정 온도 예를 들면, 섭씨 70도 내지 섭씨 100도 이상에서 상기 소정의 액체의 부피 팽창에 의해 깨지도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 액체는 물일 수 있다. 즉, 상기 배터리 모듈(120)의 내부 온도가 소정 온도 이상으로 상승 시, 주수 밸브노즐(125)의 소화용수가 흐르는 통로를 막고 있던 유리 벌브(125a)가 파손됨으로써 상기 주수 밸브노즐(125)의 출구가 열리도록 구성될 수 있다.
이러한 구성으로, 배터리 모듈(120) 내에 가스 또는 화염이 발생하면, 도 5의 화살표시와 같이, 소화용수가 긴급 투입되어 배터리 모듈(120)의 내부 공간에 채워진다.
한편, 배터리 모듈(120) 내에 소화용수를 긴급 투입하였을 때, 배터리 모듈(120) 내에 소화용수의 수위가 일정하게 유지될 수 있어야 화염의 진압이 효과적으로 이루어질 수 있다. 이를 위해, 본 발명에 따른 배터리 모듈(120)은, 도 6과 같이, 상기 공기 유입구(122), 상기 공기 유출구(124) 및 상기 밸브 설치홀(126) 중 적어도 하나를 폐색하도록 마련되는 수팽창 부재(127)를 더 포함한다.
보다 구체적으로, 도 7 내지 도 9에 도시한 바와 같이, 상기 수팽창 부재(127)는 부직포 홀더(127a)와 초흡수성 부직포(127b)를 포함하고, 상기 공기 유입구(122), 상기 공기 유출구(124), 상기 밸브 설치홀(126)이 형성되어 있는 상기 모듈 하우징(123)의 내측면에 고정 결합되게 마련될 수 있다.
부직포 홀더(127a)는 테두리 안쪽이 빈 공간으로 이루어진 사각 틀 형상으로 마련되며, 비금속 재질로 전기 절연성을 갖는 것으로 예컨대 고무, 실리콘, 플라스틱 재질 등으로 제작될 수 있다.
또한, 도 8과 같이, 상기 부직포 홀더(127a)는 테두리가 밸브 설치홀(126)을 각각 에워싸며 리어 플레이트(123f)의 내측면에 밀착될 수 있다. 예컨대, 실링용 접착제 또는 스크류 등을 이용하여 부직포 홀더(127a)의 테두리를 상기 리어 플레이트(123f)의 내측면에 밀착 및 고정시킬 수 있다. 이 경우, 상기 부직포 홀더(127a)의 테두리 안쪽 빈 공간은 상기 밸브 설치홀(126)과 연통하는 위치에 놓이게 된다.
이 같은 방식으로 공기 유입구(122)와 공기 유출구(124) 부분도 부직포 홀더(127a)의 테두리가 상기 공기 유입구(122)와 상기 공기 유출구(124)를 에워싸도록 해당 모듈 하우징(123)의 내측면에 밀착될 수 있다.
이러한 부직포 홀더(127a)의 내측 표면, 다시 말하면, 테두리 안쪽 면에 초흡수성 부직포(127b)가 부착될 수 있다. 상기 초흡수성 부직포(127b)는 수분을 흡수하는 경우 매우 큰 팽창율을 갖는 수지를 함유하는 것으로서, 충분한 양의 수분이 제공되는 경우 초기 부피 대비 적어도 대략 2배 이상 그 부피가 증가하는 수지를 함유한다. 상기 초흡수성 부직포(127b)에 이용되는 수지로는, 예를 들어 SAF(super absorbent fiber), 폴리에스테르 파이버(polyester fiber) 또는 이들을 혼합한 부직포를 들 수 있다. 상기 SAF는 SAP(고흡수성 수지, super absorbent polymer)를 파이버(fiber) 형태로 제작한 것이다.
또한, 상기 초흡수성 부직포(127b)는 상기 부직포 홀더(127a)의 테두리 안쪽의 공간보다 작은 사이즈를 갖는다. 특히, 공기 유입구(122)와 공기 유출구(124)에 설치되는 수팽창 부재(127)는 평상시 공기의 흐름이 원활할 수 있도록 하기 위해 초흡수성 부직포(127b)가 공기 유입구(122)와 공기 유출구(124)의 면적 대비 대략 30% 미만의 사이즈를 갖도록 하는 것이 바람직할 수 있다.
이러한 수팽창 부재(127)는 최초 배터리 모듈(120) 조립시 건조한 상태로 제공되므로 평상시에는 공기 유입구(122) 등을 폐색하지 않는다. 그러므로 평상시에는 외부 공기가 원활하게 모듈 하우징(123) 내외로 출입할 수 있다. 그러나 배터리 모듈(120) 내에 가스나 화염이 발생하게 되어 배터리 모듈(120) 내부로 소화용수가 긴급 투입되는 경우, 초흡수성 부직포(127b)가 수분과 접촉하여 부풀어 올르게 되고 이때 공기 유입구(122) 등이 폐색된다. 이처럼 공기 유입구(122) 등이 폐색되는 경우, 배터리 모듈(120)의 내부로 유입된 소화용수는 외부로 잘 빠져나가지 않고 배터리 모듈(120)의 내부에 고이게 되며, 이로써 배터리 모듈(120) 내에서 발생된 가스나 화염의 빠른 진압이 가능하게 된다.
한편, 도 10에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 초흡수성 부직포(127b)는 한 쌍으로 부직포 홀더(127a)의 좌측 벽면과 우측 벽면에 하나씩 부착될 수 있으며, 수분과 접촉하게 되면 팽창하여 부직포 홀더(127a)의 테두리 안쪽이 초흡수성 부직포(127b)에 의해 막히게 될 수 있다. 즉, 전술한 바와 같이, 공기 유입구(122) 등은 부직포 홀더(127a)의 테두리에 의해 에워싸져 있으므로 상기 테두리 안쪽 빈 공간이 초흡수성 부직포(127b)로 채워지면 상기 공기 유입구(122)가 폐색되게 된다. 여기서 폐색은 반드시 소화용수가 누수될 수 없는 수준을 완전한 폐색을 의미하는 것은 아니며, 누수량을 줄일 수 있는 수준으로 닫혀 있는 경우도 포함하는 것이다.
그리고 초흡수성 부직포(127b)는, 도시한 것에 반드시 국한되는 것은 아니다. 예컨대, 상기 초흡수성 부직포(127b)는 사각 링 형태로 사각 틀 형상의 부직포 홀더(127a)의 테두리 안쪽면에 부착되거나, 상기 부직포 홀더(127a)의 테두리 안쪽 하면 또는 상면에 부착된 형태로 제공될 수도 있다.
또한, 본 실시예의 수팽창 부재(127)의 변형예로서, 도 11에 도시한 바와 같은 수팽창 부재(127)가 제공될 수도 있다. 즉, 변형예에 따른 수팽창 부재(127)는 부직포 홀더(127a)의 앞쪽 및 뒷쪽 중 적어도 한 곳을 커버하는 그물망을 더 포함할 수 있다. 상기 그물망이 장착된 부직포 홀더(127a)는 상기 초흡수성 부직포(127b)를 내부에 수용하되 통풍성을 갖는 박스와 유사한 형태라 할 수 있다.
전술한 실시예는, 초흡수성 부직포(127b)가 수분을 흡수하면서 증가하게 되는 그 무게 또는 모듈 하우징(123) 내의 수압 때문에 부직포 홀더(127a) 밖으로 떨어져 나갈 우려가 없지 않다. 그러나 본 변형예에 따른 수팽창 부재(127)는 그물망이 추가되어 있어 위와 같은 우려를 해소할 수 있다. 즉, 본 변형예 처럼 메쉬 또는 격자 무늬 구조의 그물망을 사용함으로써 평상시 통풍성을 확보하고 비상시 초흡수성 부직포(127b)의 팽창을 부직포 홀더(127a) 내측으로 가이드 및 제한할 수 있으며, 초흡수성 부직포(127b)의 증가한 무게나 소화용수의 수압에도 초흡수성 부직포(127b)가 부직포 홀더(127a) 밖으로 떨어져 나갈 염려가 없다.
참고로, 밸브 설치홀(126)에는 주수 밸브노즐(125)이 설치되어야 하므로, 해당 부분에 설치할 수팽창 부재(127)의 경우, 중앙 부분이 오픈되어 있는 그물망을 적용하는 것이 바람직할 수 있다.
이어서, 도 12를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(120)을 설명하기로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(120)은, 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(120)과 비교하여 밸브 설치홀(126A)과 주수 밸브노즐(125A)에 차이가 있을 뿐, 다른 구성요소들은 실질적으로 동일하다.
따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈(120)을 설명함에 있어서는, 이와 관련된 사항을 설명하고 앞선 실시예와 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 실시예에 따른 주수 밸브노즐(125A)은 모듈 하우징(123)과 일체형으로 마련되고, 모듈 하우징(123)의 내부에 배치된다. 그리고 밸브 설치홀(126A)은 상기 주수 밸브노즐(125A)의 후단부 직경과 대응하게 형성된다.
구체적으로, 도 12와 같이, 주수 밸브노즐(125A)은 리어 플레이트(123f)와 일체형으로 제작될 수 있다. 예컨대, 주수 밸브노즐(125A)을 리어 플레이트(123f)의 내측 벽면에 용접하거나, 스크류 체결하는 방식으로 구성할 수 있다. 그리고 밸브 설치홀(126)은 상기 주수 밸브노즐(125A)의 후단부 내경과 같거나 그보다 작게 형성하여 상기 주수 밸브노즐(125A)에 의해 완전히 차폐될 수 있도록 한다. 소화용수는 상기 밸브 설치홀(126A)에 배관(150)을 연결하여 공급할 수 있다. 이 경우, 해당 부분의 기밀성이 해결되기 때문에 본 실시예의 경우, 수팽창 부재(127)를 공기 유입구(122)와 공기 유출구(124)에만 설치하면 된다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 모듈(120)은, 공냉식 배터리 모듈(120)에 소화용수가 투입된 경우 소화용수가 모듈 하우징(123) 내부에 일정 수위를 유지할 수 있도록 공기 통풍구들이 폐색될 수 있는 구성 및 구조를 가짐으로써 더욱 효과적이고 신속하게 화재를 진압할 수 있어 다른 배터리 모듈(120)들로의 2차 화재 확산을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 에너지 저장장치(200)는, 상술한 배터리 모듈(120)들을 구성으로 하는 배터리 랙(100)을 하나 이상 포함하여 구성될 수 있다.
상기 배터리 랙(100)은 복수 개이며, 도 13과 같이, 일 방향으로 연속해서 배열되도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 에너지 저장장치(200)는 상기 배터리 모듈(120)들 및 상기 배터리 랙(100)들을 통합적으로 제어하기 위한 마스터 배터리 관리 장치(Master Battery Management System, 미도시) 등을 더 포함할 수 있다.
이상과 같이, 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.
한편, 본 명세서에서는 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.

Claims (12)

  1. 복수의 배터리 셀들이 일 방향으로 적층되어 형성된 셀 적층체;
    상기 셀 적층체를 수용할 수 있는 내부 공간과 공기의 유출입을 허용하는 공기 유입구와 공기 유출구를 구비하는 모듈 하우징;
    상기 모듈 하우징의 일측 벽면에 관통 형성된 밸브 설치홀과, 상기 밸브 설치홀이 있는 위치에서 상기 모듈 하우징의 내부 공간을 향하게 배치되는 주수 밸브노즐; 및
    상기 모듈 하우징 내부에 구비되고, 상기 주수 밸브노즐의 작동시 수분을 흡수함에 따라 부피 팽창하여 상기 공기 유입구, 상기 공기 유출구 및 상기 밸브 설치홀 중 적어도 하나를 폐색시키는 수팽창 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수팽창 부재는,
    테두리 안쪽이 빈 공간으로 이루어진 틀 형상으로 마련되고,
    상기 공기 유입구, 상기 공기 유출구 또는 상기 밸브 설치홀이 형성되어 있는 상기 모듈 하우징의 내측면에 고정 결합 가능하게 마련되는 부직포 홀더; 및
    상기 부직포 홀더의 내측 표면에 부착되는 초흡수성 부직포를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 부직포 홀더는 사각 틀 형상으로 마련되고, 상기 초흡수성 부직포는 상기 부직포 홀더의 좌측 벽면과 우측 벽면에 하나씩 부착되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 부직포 홀더의 빈 공간은 상기 공기 유입구, 상기 공기 유출구 또는 상기 밸브 설치홀과 연통하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 부직포 홀더의 테두리는 상기 공기 유입구, 상기 공기 유출구 또는 상기 밸브 설치홀을 에워싸며 상기 모듈 하우징의 내측면에 밀착되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 수팽창 부재는, 상기 빈 공간의 앞쪽과 뒷쪽 중 적어도 한 곳을 커버하도록 상기 부직포 홀더에 결합되는 그물망을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 주수 밸브노즐은, 소화용수가 토출될 경로를 막고 있는 유리 벌브를 포함하고,
    상기 유리 벌브는 내부에 액체를 수용하고 상기 액체가 일정 온도 이상에서 부피 팽창하여 깨어지게 마련된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 주수 밸브노즐은 상기 밸브 설치홀을 통해 상기 모듈 하우징 내부에 삽입 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 주수 밸브노즐은 상기 모듈 하우징과 일체형으로 상기 모듈 하우징 내부에 배치되고,
    상기 밸브 설치홀은 상기 주수 밸브노즐의 후단부 직경과 대응하게 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 랙 하우징;
    상기 랙 하우징 내에 층상 배열되는 제1항에 따른 복수의 배터리 모듈들;
    상기 랙 하우징의 내부 또는 상기 랙 하우징의 주변에 배치되는 물탱크;
    상기 물탱크와 각각의 배터리 모듈을 연결하는 배관;
    상기 랙 하우징 내에 설치되어 복수의 배터리 모듈 중 적어도 일부에서 발생된 열 폭주 현상을 감지하는 적어도 하나의 센서; 및
    상기 센서에 의해 열 폭주 현상이 감지되면 상기 배관을 통해 소화용수가 상기 배터리 모듈로 유입되도록 하는 제어신호를 출력하는 컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 배관에 설치되는 복수의 제어밸브를 더 포함하며,
    상기 복수의 제어밸브 각각은 상기 복수의 배터리 모듈과 인접 설치되어 상기 복수의 배터리 모듈로 유입되는 소화용수의 흐름을 개별적으로 허용 또는 차단하고,
    상기 센서는 상기 복수의 배터리 모듈들 각각에 설치되며,
    상기 컨트롤러는 상기 복수의 제어밸브 중 상기 센서에 의해 열 폭주 현상이 감지된 배터리 모듈과 인접 설치된 제어밸브를 개방하도록 하는 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  12. 제10항에 따른 배터리 랙을 하나 이상 포함하는 에너지 저장장치.
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