WO2021172697A1 - 초 흡수성 시트를 구비하는 ess - Google Patents

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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to an ESS having a superabsorbent sheet, and more specifically, it can enable efficient cooling even with a relatively small amount of coolant in the case of an abnormal temperature rise due to heat generation of a battery module. It relates to an ESS with a superabsorbent sheet applied to make it
  • an abnormality such as a short circuit occurs in some battery cells and the temperature is continuously increased.
  • a safety issue may occur.
  • the damage caused by thermal runaway may be expanded to a battery module, a battery unit with a larger capacity than a battery cell, or a sub-ESS unit including a plurality of battery modules.
  • a sub-ESS unit including a plurality of battery modules can Failure to adequately respond to the expansion of damage caused by such thermal runaway may lead to disasters such as fire and explosion in battery modules and sub-ESS units, which may cause not only property damage but also safety issues.
  • the present invention was devised in consideration of the above-described problems, and in the case where the flame is expanded as a whole in one sub ESS, proper extinguishing and cooling is performed so that the flame does not move to the sub ESS adjacent to the sub ESS where the flame is generated. Its purpose is to make it happen.
  • the present invention is to ensure that appropriate extinguishing and cooling can be made so that the flame does not spread to the adjacent battery modules. The purpose.
  • a sub-ESS stack including a plurality of battery modules and a plurality of sub-ESS including a battery rack accommodating the plurality of battery modules; an ESS housing accommodating the plurality of sub ESSs; a sensor installed inside the ESS housing to sense at least one of temperature and smoke inside the ESS housing; a first blocking sheet interposed between adjacent sub ESSs; a fire extinguishing device for supplying a fire extinguishing agent to the inside of the ESS housing; and a cooling device for supplying cooling water to the first blocking sheet.
  • the first blocking sheet may be a super absorbent sheet.
  • the first blocking sheet may include a super absorbent fiber capable of absorbing and retaining 20 g to 200 g of cooling water per 1 g.
  • the battery module may include a cell stack formed by stacking a plurality of battery cells; and a module housing accommodating the cell stack; may include.
  • the plurality of battery modules may be stacked up and down in the battery rack.
  • the ESS may further include at least one second blocking sheet interposed between adjacent battery modules in the vertical direction in the battery rack.
  • the second blocking sheet may be disposed across the battery rack from one side in the stacking direction of the sub ESS stack to the other side.
  • the first blocking sheet may include a first coupling slit, and the second blocking sheet may be inserted into the first coupling slit to be coupled to the first blocking sheet.
  • the second blocking sheet may include a second coupling slit, and the first blocking sheet may be inserted into the second coupling slit to be coupled to the second blocking sheet.
  • the first blocking sheet may be a super absorbent sheet.
  • the first blocking sheet may include a super absorbent fiber capable of absorbing and retaining 20 g to 200 g of cooling water per 1 g.
  • the superabsorbent fiber may include a superabsorbent resin including at least one of a starch-based material, a cellulose-based material, and a synthetic polymer-based material.
  • the ESS may further include a control device for controlling the operation of the fire extinguishing device and the cooling device with reference to at least one of information about the temperature sensed by the sensor and information about whether or not smoke is generated.
  • proper extinguishing and cooling can be performed so that the flame does not move to the sub ESS adjacent to the sub ESS where the flame is generated.
  • FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating an ESS according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing a sub-ESS and a first blocking sheet applied to the ESS according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a view showing a battery module of the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a control logic for automation of extinguishing and cooling of an ESS according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram illustrating an ESS according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a sub-ESS, a first blocking sheet, and a second blocking sheet applied to an ESS according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 and 8 are views illustrating a coupling form of a first blocking sheet and a second blocking sheet applied to an ESS according to another embodiment of the present invention.
  • ESS energy storage system
  • the ESS includes a plurality of sub ESSs 100 , an ESS housing 200 , a first blocking sheet 300 , a fire extinguishing device 400 , It includes a cooling device 500 and a sensor 600 .
  • the sub ESS 100 includes a battery rack 110 and a plurality of battery modules 120 accommodated in the battery rack 110 .
  • the battery rack 110 has an open front and back.
  • the plurality of sub ESSs 100 are arranged side by side in the left and right directions so that the side surfaces of the battery rack 110 face each other to form one sub ESS stack.
  • the plurality of battery modules 120 are stacked vertically in the battery rack 110 to form one module stack.
  • the battery module 120 includes a plurality of battery cells 121 , a bus bar frame 122 , a module housing 123 , an air inlet 124 , and an air outlet. ) (125).
  • the battery cells 121 are provided in plurality, and the plurality of battery cells 121 are stacked to form one cell stack.
  • a pouch-type battery cell may be applied.
  • the battery cell 121 includes a pair of electrode leads 121a respectively drawn out to both sides in the longitudinal direction.
  • a pair of the bus bar frames 122 is provided, and each bus bar frame 122 covers one side and the other side of the cell stack in the width direction.
  • the electrode lead 121a of the battery cell 121 may be drawn out through a slit formed in the bus bar frame 122 , and may be bent to be electrically connected by the bus bar frame 122 .
  • the module housing 123 has a substantially rectangular parallelepiped shape, and accommodates the cell stack therein.
  • An air inlet 124 and an air outlet 125 are formed on one side and the other side in the longitudinal direction of the module housing 123 .
  • the air inlet 124 is formed on one side in the stacking direction of the cell stack, that is, one side in the longitudinal direction of the battery module 120 , and is formed in the form of a hole passing through the module housing 123 .
  • the air outlet 125 is formed on the other side of the cell stack in the stacking direction, that is, the other side of the battery module 120 in the longitudinal direction, and is formed in the form of a hole passing through the module housing 123 .
  • the air inlet 124 and the air outlet 125 are diagonally crossed along the longitudinal direction of the mutual battery module 120 and are located on opposite sides.
  • an empty space is formed between the bus bar frame 122 and the module housing 123 . That is, between the six outer surfaces of the module housing 123 , which face one side and the other side in the longitudinal direction of the battery cell 121 , and the bus bar frame 122 , there is air for cooling the battery cell 121 .
  • An empty space for flow is formed. The empty space is formed on both sides of the battery module 120 in the width direction, respectively.
  • the air inlet 124 is formed at a position corresponding to an empty space formed on one side in the width direction of the battery module 120
  • the air outlet 125 is an empty space formed on the other side in the width direction of the battery module 120 . It is formed in a position corresponding to space.
  • the air introduced into the interior through the air inlet 124 flows from an empty space formed on one side in the width direction of the battery module 120 to an empty space formed on the other side in the width direction of the battery module 120 .
  • the air outlet 125 is exited. That is, the battery module 120 corresponds to an air-cooled battery module.
  • the battery module 120 applied to the present invention since the battery module 120 applied to the present invention has an air-cooled structure, a flame is easily ejected to the outside of the module housing 123 . That is, when an abnormality occurs in some of the battery cells 121 included in the battery module 120 , the temperature inside the battery cell 121 rises and gas is leaked by venting, a flame may occur. The generated flame may be ejected to the outside of the module housing 123 through the air inlet 124 and the air outlet 125 formed for air cooling.
  • the first blocking sheet 300 includes a battery module 120 in which a problem occurs when an abnormal temperature rise and flames are generated due to this in some battery modules 120. The flame is prevented from moving to the sub ESS 100 adjacent to the sub ESS 100 .
  • the first blocking sheet 300 is interposed between each adjacent sub ESS 100 .
  • the first blocking sheet 300 is a super absorbent sheet. That is, the first blocking sheet 300 includes a super absorbent fiber, and the super absorbent fiber may absorb and hold about 20 g to 200 g of cooling water per 1 g.
  • the super absorbent fiber may include, for example, a super absorbent polymer including at least one of a starch-based material, a cellulose-based material, and a synthetic polymer-based material.
  • the superabsorbent fiber is obtained by spinning a superabsorbent resin in the form of a net.
  • the first blocking sheet 300 When the cooling water is supplied from the cooling device 500 , the first blocking sheet 300 quickly absorbs it, and the first blocking sheet 300 absorbing the cooling water has an abnormal temperature rise generated in some sub ESSs 100 . It is possible to prevent the development and/or flame from expanding to the adjacent sub ESS 100 .
  • the first blocking sheet 300 has an area corresponding to the side surface of the sub ESS 100 in order to minimize the amount of cooling water used and to maximize the cooling effect and flame expansion blocking effect. desirable. However, the longitudinal end of the first blocking sheet 300 may be exposed toward the upper end of the sub ESS stack in order to quickly absorb the cooling water supplied from the cooling device 500 .
  • the fire extinguishing device 400 includes a fire extinguishing agent inside the ESS housing 200 when the internal temperature of the ESS housing 200 rises above a reference value and/or when smoke according to a fire is detected. to prevent the occurrence of a fire in advance or extinguish a fire that has already occurred.
  • a fire extinguishing agent for example, a gaseous clean extinguishing agent such as Novec 1230 may be applied, and in addition, nitrogen, solid aerosol, etc. may be applied.
  • the fire extinguishing device 400 is a fire extinguishing agent tank 410 installed on the outside of the ESS housing 200 to store fire extinguishing agents, and one side is connected to the fire extinguishing agent tank 410 and the other side is the ESS housing 200 . and a penetrating extinguishing agent injection tube 420 .
  • the cooling device 500 when the internal temperature of the ESS housing 200 rises above a reference value and/or when smoke according to a fire is detected, injects cooling water into the ESS housing 200 to prevent the occurrence of a fire. Prevent or extinguish a fire that has already occurred.
  • the cooling device 500 directly sprays the cooling water to the first blocking sheet 300 .
  • the cooling device 500 is branched from an end of a cooling water supply pipe 520 connected to a cooling water tank 510 for storing cooling water and a cooling water supply pipe 520 to correspond to each of the first blocking sheets 300 . It includes a plurality of coolant injection tubes 530 disposed in the position.
  • cooling water supply pipe 520 is located outside the ESS housing 200 and the cooling water injection pipe 530 passes through the ESS housing 200 is illustrated, but the present invention is limited thereto. it is not That is, the cooling water supply pipe 520 passes through the ESS housing 200 , and the cooling water injection pipe 530 may be branched from the cooling water supply pipe 520 inside the ESS housing 200 .
  • the sensor 600 is installed inside the ESS housing 200 to perform at least one function of temperature sensing and smoke generation sensing inside the ESS housing. That is, the sensor 600 corresponds to a temperature sensor and/or a smoke generation detection sensor.
  • information sensed by the sensor 600 and/or an alarm according to the sensed information may be displayed through a user interface disposed outside the module housing 200, and the user may display the sensed information and/or information Alternatively, when it is determined that there is a risk of fire or that a fire has occurred through an alarm, the fire extinguishing device 400 and the cooling device 500 are driven to suppress or prevent a fire inside the ESS in advance.
  • the ESS may further include a control device 700 in addition to the aforementioned components.
  • the control device 700 controls the operation of the fire extinguishing device 400 and the cooling device 500 with reference to information on the temperature detected by the sensor 600 and/or information on whether or not smoke is generated.
  • control device 700 is an element applied to achieve automation of extinguishing and/or cooling by allowing the extinguishing device 400 and the cooling device 500 to operate when a predetermined condition is satisfied without user manipulation.
  • the reference temperature for operating the fire extinguishing device 400 and the cooling device 500 is the number of sub ESSs 100 , the number of battery modules 120 included in the sub ESS 100 , and included in the battery modules 120 . It may be determined in consideration of the number of battery cells 121 to be used, the capacity of the battery cells 121 , and the like.
  • the ESS according to another embodiment of the present invention is different from the ESS according to the embodiment described above in that the second blocking sheet 310 is additionally applied, and other components are substantially the same. Therefore, in describing the ESS according to another embodiment of the present invention, the second blocking sheet 310 will be intensively described, and detailed descriptions of other overlapping matters with the previous embodiment will be omitted. do.
  • the second blocking sheet 310 is interposed between the battery modules 120 adjacent to each other in the vertical direction within the battery rack 110 .
  • the second blocking sheet 310 penetrates the side of the battery rack 110 and is disposed across from one side in the stacking direction of the sub ESS 100 to the other side.
  • the second blocking sheet 310 may be provided with one or a plurality, and if only one is provided, it is effective to be disposed in the center of the battery rack 110 along the stacking direction of the battery modules 120 .
  • the material of the second blocking sheet 310 is the same as that of the first blocking sheet 300 described above.
  • the coupling between the first blocking sheet 300 and the second blocking sheet 310 forms a first coupling slit 300a for each of the first blocking sheets 300 , and the first coupling slits are formed.
  • the second blocking sheet 310 may be inserted into the 300a.
  • the formation position and shape of the first coupling slit 300a formed in the first blocking sheet 300 is a slit formed on the side of the battery rack 110 for the passage of the second blocking sheet 310 (not shown) corresponds to
  • the coupling between the first blocking sheet 300 and the second blocking sheet 310 is coupled to the second blocking sheet 310 and to the first blocking sheet 300 .
  • a corresponding number of the second coupling slits 310a may be formed, and the first blocking sheet 300 may be inserted into the second coupling slits 310a.
  • the first blocking sheet 300 and the second blocking sheet 310 are interconnected in this way, the first blocking sheet 300 absorbs the cooling water supplied from the upper end of the first blocking sheet 300, and the absorbed cooling water By reabsorbing a portion of the second blocking sheet 310 , the thermal runaway phenomenon can be prevented from expanding along the stacking direction of the sub-ESS stack and the stacking direction of the battery module 120 .

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 ESS는, 복수의 배터리 모듈 및 상기 복수의 배터리 모듈을 수용하는 배터리 랙을 포함하는 복수의 서브 ESS를 포함하는 서브 ESS 적층체; 상기 복수의 서브 ESS를 수용하는 ESS 하우징; 상기 ESS 하우징 내부에 설치되어 상기 ESS 하우징 내부의 온도 및 연기 중 적어도 어느 하나를 감지하는 센서; 서로 인접한 서브 ESS 사이마다 개재되는 제1 차단 시트; 상기 ESS 하우징 내부에 소화 약제를 공급하는 소화 장치; 및 상기 제1 차단 시트에 냉각수를 공급하는 냉각 장치; 를 포함한다.

Description

초 흡수성 시트를 구비하는 ESS
본 발명은, 초 흡수성 시트를 구비하는 ESS에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는, 배터리 모듈의 발열에 따른 비정상적인 온도 상승이 발생된 경우에 있어서 비교적 적은 양의 냉각수로도 효율적인 냉각을 가능하게 할 수 있도록 하기 위해 적용된 초 흡수성 시트를 갖는 ESS에 관한 것이다.
본 출원은 2020년 2월 27일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제 10-2020-0024461호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
복수의 배터리 셀을 포함하는 ESS에 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 해당 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈에서 화염 등이 발생하게 되면 이는 인접한 배터리 모듈의 온도를 급격히 상승시키게 되고, 이로 인해 짧은 시간 내에 ESS 전체 범위로 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 복수의 배터리 모듈을 포함하는 서브 ESS 단위로 열 폭주에 따른 피해가 확대될 수 있다. 이러한 열 폭주에 따른 피해 확대에 적절히 대처하지 못하는 경우, 배터리 모듈 및 서브 ESS 단위에서의 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 서브 ESS 내에서 화염 발생 범위가 확대되는 것을 차단하는 것이 중요하다. 또한, 이미 하나의 서브 ESS 내에서 화염이 전체적으로 확대된 경우라면, 화염이 발생된 서브 ESS와 인접한 서브 ESS로 화염이 옮겨가지 않도록 소화 및 냉각의 효율성을 높이는 것이 중요하다.
본 발명은, 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 하나의 서브 ESS 내에서 화염이 전체적으로 확대된 경우에 있어서, 화염이 발생된 서브 ESS와 인접한 서브 ESS로 화염이 옮겨가지 않도록 적절한 소화 및 냉각이 이루어질 수 있도록 하는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 하나의 서브 ESS에 포함된 배터리 모듈들 중 일부에서 화염이 발생된 경우에 있어서, 그와 인접한 배터리 모듈들로 화염이 확대되지 않도록 적절한 소화 및 냉각이 이루어질 수 있도록 하는 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 ESS는, 복수의 배터리 모듈 및 상기 복수의 배터리 모듈을 수용하는 배터리 랙을 포함하는 복수의 서브 ESS를 포함하는 서브 ESS 적층체; 상기 복수의 서브 ESS를 수용하는 ESS 하우징; 상기 ESS 하우징 내부에 설치되어 상기 ESS 하우징 내부의 온도 및 연기 중 적어도 어느 하나를 감지하는 센서; 서로 인접한 서브 ESS 사이마다 개재되는 제1 차단 시트; 상기 ESS 하우징 내부에 소화 약제를 공급하는 소화 장치; 및 상기 제1 차단 시트에 냉각수를 공급하는 냉각 장치; 를 포함한다.
상기 제1 차단 시트는, 초 흡수성 시트일 수 있다.
상기 제1 차단 시트는, 1g당 20g 내지 200g의 냉각수를 흡수하여 머금고 있을 수 있는 초 흡수성 파이버를 포함할 수 있다.
상기 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀이 적층되어 형성된 셀 적층체; 및 상기 셀 적층체를 수용하는 모듈 하우징; 을 포함할 수 있다.
상기 복수의 배터리 모듈은, 상기 배터리 랙 내에서 상하로 적층될 수 있다.
상기 ESS는, 상기 배터리 랙 내에서 상하 방향을 따라 서로 인접한 배터리 모듈 사이에 개재되는 적어도 하나의 제2 차단 시트를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 차단 시트는, 상기 배터리 랙을 관통하여 상기 서브 ESS 적층체의 적층 방향 일 측으로부터 타 측을 가로질러 배치될 수 있다.
상기 제1 차단 시트는 제1 결합 슬릿을 구비하며, 상기 제2 차단 시트는 상기 제1 결합 슬릿에 삽입되어 상기 제1 차단 시트에 결합될 수 있다.
상기 제2 차단 시트는 제2 결합 슬릿을 구비하며, 상기 제1 차단 시트는 상기 제2 결합 슬릿에 삽입되어 상기 제2 차단 시트에 결합될 수 있다.
상기 제1 차단 시트는, 초 흡수성 시트일 수 있다.
상기 제1 차단 시트는, 1g당 20g 내지 200g의 냉각수를 흡수하여 머금고 있을 수 있는 초 흡수성 파이버를 포함할 수 있다.
상기 초 흡수성 파이버는, 전분계 소재, 셀룰로스계 소재 및 합성 폴리머계 소재 중 적어도 하나를 포함하는 초 흡수성 수지를 포함할 수 있다.
상기 ESS는, 상기 센서에서 감지된 온도에 관한 정보 및 연기 발생 여부에 관한 정보 중 적어도 어느 하나를 참조하여 상기 소화 장치 및 냉각 장치의 동작을 제어하는 제어 장치를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 하나의 서브 ESS 내에서 화염이 전체적으로 확대된 경우에 있어서, 화염이 발생된 서브 ESS와 인접한 서브 ESS로 화염이 옮겨가지 않도록 적절한 소화 및 냉각이 이루어질 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 하나의 서브 ESS에 포함된 배터리 모듈들 중 일부에서 화염이 발생된 경우에 있어서, 그와 인접한 배터리 모듈들로 화염이 확대되지 않도록 적절한 소화 및 냉각이 이루어질 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 ESS를 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS에 적용되는 서브 ESS 및 제1 차단 시트를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 배터리 모듈을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS의 소화 및 냉각의 자동화를 위한 제어 로직을 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 ESS를 나타내는 개념도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 ESS에 적용되는 서브 ESS, 제1 차단 시트 및 제2 차단 시트를 나타내는 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 ESS에 적용되는 제1 차단 시트와 제2 차단 시트의 결합 형태를 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.
도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS(Energy storagy system)을 설명하기로 한다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS는, 복수의 서브 ESS(100), ESS 하우징(200), 제1 차단 시트(300), 소화 장치(400), 냉각 장치(500) 및 센서(600)를 포함한다.
상기 서브 ESS(100)는, 배터리 랙(110) 및 배터리 랙(110) 내에 수용되는 복수의 배터리 모듈(120)을 포함한다. 상기 배터리 랙(110)은, 전면과 후면이 개방된 형태를 갖는다. 상기 복수의 서브 ESS(100)는, 배터리 랙(110)의 측면이 서로 대면하도록 좌우 방향으로 나란히 배열되어 하나의 서브 ESS 적층체를 형성한다.
도 2를 참조하면, 상기 복수의 배터리 모듈(120)은, 배터리 랙(110) 내에서 상하 방향으로 적층되어 하나의 모듈 적층체를 형성한다.
도 3을 참조하면, 상기 배터리 모듈(120)은, 복수의 배터리 셀(121), 버스바 프레임(122), 모듈 하우징(123), 에어 인렛(air inlet)(124) 및 에어 아웃렛(air outlet)(125)을 포함한다.
상기 배터리 셀(121)은, 복수개가 구비되며, 복수의 배터리 셀(121)은 적층되어 하나의 셀 적층체를 이룬다. 상기 배터리 셀(121)로는, 예를 들어 파우치 타입의 배터리 셀이 적용될 수 있다. 상기 배터리 셀(121)은, 길이 방향 양 측으로 각각 인출되는 한 쌍의 전극 리드(121a)를 구비한다.
상기 버스바 프레임(122)은, 한 쌍이 구비되며, 각각의 버스바 프레임(122)은 셀 적층체의 폭 방향 일 측 및 타 측을 커버한다. 상기 배터리 셀(121)의 전극 리드(121a)는 버스바 프레임(122)에 형성된 슬릿을 통해 인출되며, 절곡되어 버스바 프레임(122)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 모듈 하우징(123)은, 대략 직육면체 형상을 가지며, 내부에 셀 적층체를 수용한다. 상기 모듈 하우징(123)의 길이 방향 일 측 면 및 타 측 면에는 에어 인렛(124) 및 에어 아웃렛(125)이 형성된다.
상기 에어 인렛(124)은 셀 적층체의 적층 방향 일 측, 즉 배터리 모듈(120)의 길이 방향 일 측에 형성되며, 모듈 하우징(123)을 관통하는 홀 형태로 형성된다. 상기 에어 아웃렛(125)은 셀 적층체의 적층 방향 타 측, 즉 배터리 모듈(120)의 길이 방향 타 측에 형성되며, 모듈 하우징(123)을 관통하는 홀 형태로 형성된다.
상기 에어 인렛(124)과 에어 아웃렛(125)은 상호 배터리 모듈(120)의 길이 방향을 따라 대각선으로 가로 질러 반대 편에 위치한다.
한편, 상기 버스바 프레임(122)과 모듈 하우징(123) 사이에는 빈 공간이 형성된다. 즉, 상기 모듈 하우징(123)의 6개의 외측 면 중 배터리 셀(121)의 길이 방향 일 측 및 타 측과 대면하는 면과 버스바 프레임(122) 사이에는 배터리 셀(121)의 냉각을 위한 공기가 흐를 수 있는 빈 공간이 형성된다. 상기 빈 공간은, 배터리 모듈(120)의 폭 방향 양 측에 각각 형성된다.
상기 에어 인렛(124)은 배터리 모듈(120)의 폭 방향 일 측에 형성되는 빈 공간과 대응되는 위치에 형성되고, 에어 아웃렛(125)은 배터리 모듈(120)의 폭 방향 타 측에 형성되는 빈 공간과 대응되는 위치에 형성된다.
상기 배터리 모듈(120)에 있어서, 에어 인렛(124)을 통해 내부로 유입된 공기는 배터리 모듈(120)의 폭 방향 일 측에 형성된 빈 공간으로부터 배터리 모듈(120)의 폭 방향 타 측에 형성된 빈 공간으로 이동하면서 배터리 셀(121)을 냉각시킨 후 에어 아웃렛(125)을 빠져나간다. 즉, 상기 배터리 모듈(120)은 공냉식 배터리 모듈에 해당하는 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 적용되는 배터리 모듈(120)은 공냉식 구조를 갖기 때문에, 모듈 하우징(123)의 외부로 화염이 분출되기 쉽다. 즉, 상기 배터리 모듈(120)에 포함된 배터리 셀(121)들 중 일부에서 이상이 발생하여 배터리 셀(121) 내부의 온도가 상승하고 이에 따른 벤팅(venting)에 의해 가스가 유출되면 화염이 발생할 수 있고, 발생된 화염은 공냉을 위해 형성된 에어 인렛(124) 및 에어 아웃렛(125)을 통해 모듈 하우징(123)의 외부로 분출될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 제1 차단 시트(300)는 이처럼 일부 배터리 모듈(120)에서 비정상적인 온도 상승 및 그로 인한 화염의 발생 시에, 문제가 발생된 배터리 모듈(120)을 포함하는 서브 ESS(100)에 인접한 서브 ESS(100)로 화염이 옮겨가지 않도록 한다.
이러한 기능의 수행을 위해, 상기 제1 차단 시트(300)는, 서로 인접한 서브 ESS(100) 사이마다 개재된다. 상기 제1 차단 시트(300)는, 초 흡수성 시트(super absorbent sheet)이다. 즉, 상기 제1 차단 시트(300)는, 초 흡수성 파이버(super absorbent fiber)를 포함하며, 이러한 초 흡수성 파이버는 1g 당 대략 20g 내지 200g의 냉각수를 흡수하여 머금고 있을 수 있다. 상기 초 흡수성 파이버는, 예를 들어 전분계(澱紛系) 소재, 셀룰로스계 소재, 또는 합성 폴리머계 소재 중 적어도 하나를 포함하는 초 흡수성 수지(super absorbent polymer)를 포함할 수 있다. 상기 초 흡수성 파이버는, 초 흡수성 수지를 그물 형태로 방적함으로써 얻어진다.
상기 제1 차단 시트(300)는, 냉각 장치(500)로부터 냉각수가 공급되는 경우 이를 신속히 흡수하며, 냉각수를 흡수한 제1 차단 시트(300)는 일부 서브 ESS(100)에서 발생된 비정상적인 온도 상승 현상 및/또는 화염이 인접한 서브 ESS(100)로 확대되는 것을 방지할 수 있다.
상기 제1 차단 시트(300)는, 이용되는 냉각수의 양을 최소화 함과 동시에 이러한 냉각 효과 및 화염 확대 차단 효과의 극대화를 가져올 수 있도록 하기 위해 서브 ESS(100)의 측면과 대응되는 면적을 갖는 것이 바람직하다. 다만, 상기 제1 차단 시트(300)는, 냉각 장치(500)로부터 공급되는 냉각수를 신속히 흡수하기 위해 서브 ESS 적층체의 상단으로 그 길이 방향 단부가 노출될 수도 있다.
도 1을 참조하면, 상기 소화 장치(400)는, ESS 하우징(200)의 내부 온도가 기준 값 이상으로 상승하는 경우 및/또는 화재에 따른 연기가 감지되는 경우 ESS 하우징(200) 내부에 소화 약제를 분사하여 화재의 발생을 미연에 방지하거나 이미 발생된 화재를 진압한다. 상기 소화 약제로는, 예를 들어 Novec 1230과 같은 기체 형태의 청정 소화 약제가 적용될 수 있으며, 그 밖에도 질소, 고체에어로졸 등이 적용될 수 있다.
상기 소화 장치(400)는, ESS 하우징(200)의 외측에 설치되어 소화 약제를 저장하는 소화 약제 탱크(410) 및 일 측이 소화 약제 탱크(410)와 연결되고 타 측은 ESS 하우징(200)을 관통하는 소화 약제 분사 관(420)을 포함한다.
상기 냉각 장치(500)는, ESS 하우징(200)의 내부 온도가 기준 값 이상으로 상승하는 경우 및/또는 화재에 따른 연기가 감지되는 경우 ESS 하우징(200) 내부에 냉각수를 분사하여 화재의 발생을 미연에 방지하거나 이미 발생된 화재를 진압한다.
좀 더 구체적으로, 상기 냉각 장치(500)는, 제1 차단 시트(300)에 직접 냉각수를 분사한다. 상기 냉각 장치(500)는, 냉각수를 저장하는 냉각수 탱크(510)와 연결되는 냉각수 공급 관(520) 및 냉각수 공급 관(520)의 단부에서 분기되어 각각의 제1 차단 시트(300)와 대응되는 위치에 배치되는 복수의 냉각수 분사 관(530)을 포함한다.
본 발명의 도면에서는 상기 냉각수 공급 관(520)은 ESS 하우징(200)의 외측에 위치하고, 냉각수 분사 관(530)이 ESS 하우징(200)을 관통하는 경우만을 도시하고 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 상기 냉각수 공급 관(520)이 ESS 하우징(200)을 관통하고, 냉각수 분사 관(530)은 ESS 하우징(200)의 내부에서 냉각수 공급 관(520)으로부터 분기될 수도 있는 것이다.
도 1을 참조하면, 상기 센서(600)는, ESS 하우징(200) 내부에 설치되어 ESS 하우징 내부의 온도 센싱 및 연기 발생 감지 중 적어도 어느 하나의 기능을 수행한다. 즉, 상기 센서(600)는, 온도 센서 및/또는 연기 발생 감지 센서에 해당하는 것이다.
도면에 도시되지는 않았으나, 모듈 하우징(200) 외부에 배치되는 사용자 인터페이스를 통해 센서(600)에서 센싱된 정보 및/또는 센싱된 정보에 따른 알람이 표시될 수 있으며, 사용자는 센싱된 정보 및/또는 알람을 통해 화재의 위험이 있다고 판단되거나 화재가 발생된 것으로 판단되는 경우 소화 장치(400) 및 냉각 장치(500)를 구동시켜 ESS 내부의 화재를 진압하거나 또는 미연에 방지할 수 있다.
한편, 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS는, 앞서 설명된 구성요소들 외에 제어 장치(700)를 추가적으로 더 포함할 수 있다. 상기 제어 장치(700)는, 센서(600)에서 감지된 온도에 관한 정보 및/또는 연기 발생 여부에 관한 정보를 참조하여 소화 장치(400) 및 냉각 장치(500)의 동작을 제어한다.
즉, 상기 제어 장치(700)는, 사용자의 조작 없이도 일정 조건이 만족되는 경우 소화 장치(400) 및 냉각 장치(500)가 동작하도록 함으로써 소화 및/또는 냉각의 자동화를 이루기 위해 적용되는 요소이다. 상기 소화 장치(400) 및 냉각 장치(500)가 동작하기 위한 기준 온도는 서브 ESS(100)의 개수, 서브 ESS(100)에 포함되는 배터리 모듈(120)의 개수, 배터리 모듈(120)에 포함되는 배터리 셀(121)의 개수, 배터리 셀(121)의 용량 등을 고려하여 결정될 수 있다.
다음은, 도 5 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 ESS를 설명하기로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 ESS는 앞서 설명한 일 실시예에 따른 ESS와 비교하여 제2 차단 시트(310)가 추가적으로 적용된 점에서 차이가 있을 뿐, 그 밖의 다른 구성요소들은 실질적으로 동일하다. 따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 ESS를 설명함에 있어서는, 제2 차단 시트(310)에 대해서 집중적으로 설명을 하고, 그 밖에 앞선 실시예에서와 중복되는 사항들에 대해서는 자세한 설명을 생략하기로 한다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 제2 차단 시트(310)는, 배터리 랙(110) 내에서 상하 방향을 따라 서로 인접한 배터리 모듈(120) 사이에 개재된다. 상기 제2 차단 시트(310)는, 배터리 랙(110)의 측면을 관통하여 서브 ESS(100)의 적층 방향 일 측으로부터 타 측을 가로질러 배치된다.
상기 제2 차단 시트(310)는, 하나 또는 복수개가 구비될 수 있으며, 하나만 구비되는 경우라면 배터리 모듈(120)의 적층 방향을 따라 배터리 랙(110)의 중심부에 배치되는 것이 효율적이다. 상기 제2 차단 시트(310)의 재질은 앞서 설명한 제1 차단 시트(300)와 동일하다.
도 7을 참조하면, 상기 제1 차단 시트(300)와 제2 차단 시트(310) 간의 결합은 각각의 제1 차단 시트(300)마다 제1 결합 슬릿(300a)을 형성하고 이러한 제1 결합 슬릿(300a)에 제2 차단 시트(310)를 삽입하는 방식으로 이루어질 수 있다. 이 경우, 제1 차단 시트(300)에 형성된 제1 결합 슬릿(300a)의 형성 위치 및 형상은 제2 차단 시트(310)의 통과를 위해 배터리 랙(110)의 측면에 형성된 슬릿(미도시)과 대응된다.
도 8을 참조하면, 도 7에 도시된 것과는 달리, 상기 제1 차단 시트(300)와 제2 차단 시트(310) 간의 결합은, 제2 차단 시트(310)에 제1 차단 시트(300)에 대응되는 개수로 제2 결합 슬릿(310a)을 형성하고 이러한 제2 결합 슬릿(310a)에 제1 차단 시트(300)를 삽입하는 방식으로 이루어질 수 있다.
이와 같이 제1 차단 시트(300)와 제2 차단 시트(310)가 상호 연결됨으로써 제1 차단 시트(300)의 상단으로부터 공급되는 냉각수를 제1 차단 시트(300)가 흡수하고, 흡수된 냉각수의 일부를 제2 차단 시트(310)가 재흡수 함으로써 열 폭주 현상이 서브 ESS 적층체의 적층 방향 및 배터리 모듈(120)의 적층 방향을 따라 확대되는 것을 방지할 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 (14)

  1. 복수의 배터리 모듈 및 상기 복수의 배터리 모듈을 수용하는 배터리 랙을 포함하는 복수의 서브 ESS를 포함하는 서브 ESS 적층체;
    상기 복수의 서브 ESS를 수용하는 ESS 하우징;
    상기 ESS 하우징 내부에 설치되어 상기 ESS 하우징 내부의 온도 및 연기 중 적어도 어느 하나를 감지하는 센서;
    서로 인접한 서브 ESS 사이마다 개재되는 제1 차단 시트;
    상기 ESS 하우징 내부에 소화 약제를 공급하는 소화 장치; 및
    상기 제1 차단 시트에 냉각수를 공급하는 냉각 장치;
    를 포함하는 ESS.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 차단 시트는,
    초 흡수성 시트인 것을 특징으로 하는 ESS.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 차단 시트는,
    1g당 20g 내지 200g의 냉각수를 흡수하여 머금고 있을 수 있는 초 흡수성 파이버를 포함하는 것을 특징으로 하는 ESS.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 초 흡수성 파이버는,
    전분계 소재, 셀룰로스계 소재 및 합성 폴리머계 소재 중 적어도 하나를 포함하는 초 흡수성 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 ESS.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은,
    복수의 배터리 셀이 적층되어 형성된 셀 적층체; 및
    상기 셀 적층체를 수용하는 모듈 하우징;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 ESS.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 모듈은,
    상기 배터리 랙 내에서 상하로 적층되는 것을 특징으로 하는 ESS.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 ESS는,
    상기 배터리 랙 내에서 상하 방향을 따라 서로 인접한 배터리 모듈 사이에 개재되는 적어도 하나의 제2 차단 시트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 ESS.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 차단 시트는,
    상기 배터리 랙을 관통하여 상기 서브 ESS 적층체의 적층 방향 일 측으로부터 타 측을 가로질러 배치되는 것을 특징으로 하는 ESS.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 차단 시트는 제1 결합 슬릿을 구비하며,
    상기 제2 차단 시트는 상기 제1 결합 슬릿에 삽입되어 상기 제1 차단 시트에 결합되는 것을 특징으로 하는 ESS.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제2 차단 시트는 제2 결합 슬릿을 구비하며,
    상기 제1 차단 시트는 상기 제2 결합 슬릿에 삽입되어 상기 제2 차단 시트에 결합되는 것을 특징으로 하는 ESS.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 제2 차단 시트는,
    초 흡수성 시트인 것을 특징으로 하는 ESS.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 제2 차단 시트는,
    1g당 20g 내지 200g의 냉각수를 흡수하여 머금고 있을 수 있는 초 흡수성 파이버를 포함하는 것을 특징으로 하는 ESS.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 초 흡수성 파이버는,
    전분계 소재, 셀룰로스계 소재 및 합성 폴리머계 소재 중 적어도 하나를 포함하는 초 흡수성 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 ESS.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 ESS는,
    상기 센서에서 감지된 온도에 관한 정보 및 연기 발생 여부에 관한 정보 중 적어도 어느 하나를 참조하여 상기 소화 장치 및 냉각 장치의 동작을 제어하는 제어 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 ESS.
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