WO2021172756A1 - 스프링클러의 신속한 동작이 가능한 구조를 갖는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 ess - Google Patents

스프링클러의 신속한 동작이 가능한 구조를 갖는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 ess Download PDF

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sprinkler
battery
module
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정지원
배경현
신진규
이진규
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Definitions

  • the present invention relates to a battery module having a structure that enables a quick operation of a sprinkler and an ESS including the same, and more specifically, to a glass bulb provided in a sprinkler when a venting gas flows out from a battery module. It relates to a battery module having a structure that enables rapid operation of sprinklers by inducing them to move intensively, and an ESS including the same.
  • a lithium secondary battery mainly use a lithium-based oxide and a carbon material as a positive electrode active material and a negative electrode active material, respectively.
  • a lithium secondary battery includes an electrode assembly in which a positive electrode plate and a negative electrode plate to which the positive electrode active material and the negative electrode active material are applied, respectively, are disposed with a separator interposed therebetween, and a casing for sealing and housing the electrode assembly together with an electrolyte, that is, a battery pouch casing.
  • secondary batteries have been widely used not only in small devices such as portable electronic devices, but also in medium and large devices such as automobiles and power storage devices.
  • a large number of secondary batteries are electrically connected to increase capacity and output.
  • a pouch-type secondary battery is widely used in such a medium-to-large device due to the advantage of easy stacking.
  • such a battery module is generally provided with an external housing made of a metal material in order to protect the plurality of secondary batteries from external impact or to store and store. Meanwhile, the demand for high-capacity battery modules is increasing recently.
  • the present invention was devised in consideration of the above-described problems, and when high-temperature venting gas flows out from within the battery module, it induces the high-temperature gas to move intensively toward the glass bulb provided in the sprinkler, thereby enabling the quick operation of the sprinkler.
  • the purpose of the job is to make
  • a battery module for solving the above problems, a plurality of battery cells; a module housing accommodating a cell stack including the plurality of battery cells; a sprinkler penetrating the module housing from one side in the stacking direction of the cell stack; and at least one guide plate fixed in the module housing and inclined so that one end of the longitudinal direction faces the sprinkler.
  • the module housing may include a pair of base covers respectively covering a lower surface and an upper surface of the cell stack; a pair of side covers covering the side surfaces of the cell stack; a front cover covering the front surface of the cell stack; and a rear cover covering the rear surface of the cell stack.
  • the guide plate may have a shape that protrudes from the inner surface of the side cover toward the cell stack.
  • the battery module may include a pair of bus bar frames respectively coupled to one side and the other side in the width direction of the cell stack.
  • the sprinkler may be positioned in an empty space formed between the bus bar frame and the side cover through one side of the rear cover in the longitudinal direction.
  • the sprinkler may include a coupler positioned outside the module housing and connected to a supply pipe for supplying a cooling fluid; a sprinkler head positioned inside the module housing and connected to the coupler; and an insulating cover covering the sprinkler head.
  • the sprinkler head may include: a glass bulb that blocks the cooling fluid injection port of the coupler, and breaks when the temperature and gas flow rate inside the battery module exceed reference values to open the cooling fluid injection port; and a holding bracket surrounding the glass bulb and fixing the glass bulb.
  • the insulating cover includes a first area facing the cell stack and the bus bar frame and a second area other than the first area, wherein the first area has a covered area larger than an open area, An open area of the second area may be wider than a covered area.
  • the first region may include at least one cover hole through which the cooling fluid is ejected.
  • the battery module may include: an air inlet formed through the front cover; an air outlet formed through the rear cover; and an expansion pad disposed inside the air inlet and the air outlet and expanding according to contact with the cooling fluid introduced into the battery module to at least partially close the air inlet and the air outlet.
  • the expansion pad may be attached to the inner surface of the module housing.
  • At least a portion of the expansion pad may be inserted into an accommodating groove formed on an inner surface of the module housing.
  • the battery module may include mesh plates disposed on both sides of the inflatable pad to guide movement of the inflatable pad.
  • the air inlet and the air outlet may be formed at positions corresponding to an empty space formed between the bus bar frame and the side cover.
  • the ESS according to an embodiment of the present invention includes a plurality of battery modules according to an embodiment of the present invention.
  • the high-temperature venting gas when the high-temperature venting gas flows out from within the battery module, the high-temperature gas is able to move intensively toward the glass bulb provided in the sprinkler, thereby enabling the rapid operation of the sprinkler and thermal runaway. It is possible to prevent ignition and/or explosion according to the phenomenon.
  • FIG. 1 and 2 are perspective views illustrating a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a view showing an internal structure of the battery module shown in FIGS. 1 and 2 .
  • FIGS. 4 and 5 are views showing an internal structure of a battery module according to an embodiment of the present invention, and are views showing a sprinkler applied to the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view showing an insulating cover applied to the present invention.
  • FIG. 7 is a view showing the internal structure of the side plate applied to the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view illustrating an insulating cover applied to the present invention, and is a view showing an insulating cover having a different form from that of the insulating cover shown in FIG. 6 .
  • FIG. 1 It is a front view showing the insulating cover shown in FIG.
  • FIG. 10 is a view showing the positional relationship between the insulating cover and the guide plate applied to the present invention.
  • FIG. 11 is a view showing a part of the front of the battery module according to an embodiment of the present invention, and is a view showing an expansion pad disposed in the battery module.
  • FIGS. 12 to 14 are views illustrating a part of a cross-section of a battery module viewed from the side according to an embodiment of the present invention, and illustrating an expansion pad disposed in the battery module.
  • the battery module 1 includes a plurality of battery cells 100 , a bus bar frame 200 , a module housing 300 , an air inlet 400 , It includes an air outlet 500, a sprinkler 600 and a guide plate (G).
  • the battery cells 100 are provided in plurality, and the plurality of battery cells 100 are stacked to form one cell stack.
  • a pouch type battery cell may be applied.
  • the battery cell 100 includes a pair of electrode leads 110 respectively drawn out in both sides of the longitudinal direction (in a direction parallel to the Y-axis shown in the drawing).
  • the cell stack may further include a buffer pad provided between the battery cells 100 adjacent to each other, if necessary. Such a buffer pad allows the cell stack to be accommodated in a compressed state when the cell stack is accommodated in the module housing 300 , thereby limiting movement due to external impact, and also Swelling can be suppressed.
  • the bus bar frame 200 is provided in pairs, and each bus bar frame 200 covers one side and the other side of the cell stack in a width direction (a direction parallel to the Y axis shown in the drawing).
  • the electrode lead 110 of the battery cell 100 is drawn out through a slit formed in the bus bar frame 200 , and is bent and fixed on the bus bar provided in the bus bar frame 200 by welding or the like. That is, the plurality of battery cells 100 may be electrically connected by a bus bar provided in the bus bar frame 200 .
  • the module housing 300 has a substantially rectangular parallelepiped shape, and accommodates the cell stack therein.
  • the module housing 300 includes a pair of base covers 310 each covering the lower and upper surfaces (parallel to the XY plane) of the cell stack, and the side surfaces (parallel to the XZ plane) of the cell stack, respectively.
  • a pair of side covers 320, a front cover 330 that covers the front surface (plane parallel to the YZ plane) of the cell stack, and a rear cover 340 that covers the rear surface (plane parallel to the YZ plane) of the cell stack ) is included.
  • the air inlet 400 is formed on one side of the stacking direction (parallel to the X-axis) of the cell stack, that is, one side in the longitudinal direction of the battery module 1 , and is formed in the form of a hole passing through the front cover 330 .
  • the air outlet 500 is formed on the other side of the cell stack in the stacking direction, that is, on the other side in the longitudinal direction of the battery module 1 , and is formed in the form of a hole passing through the rear cover 340 .
  • the air inlet 400 and the air outlet 500 are located on opposite sides in a diagonal direction along the longitudinal direction (parallel to the X axis) of the mutual battery module 1 .
  • an empty space is formed between the bus bar frame 200 and the side cover 320 . That is, between the inner surface of the bus bar frame 200 and the surface facing the longitudinal direction (parallel to the Y-axis) one side and the other side of the battery cell 100 of the six outer surfaces of the module housing 300, An empty space through which air for cooling the battery cell 100 can flow is formed.
  • the empty space is formed on both sides of the battery module 1 in the width direction (in a direction parallel to the Y-axis).
  • the air inlet 400 is formed at a position corresponding to an empty space formed on one side of the width direction (parallel to the Y axis) of the battery module 1
  • the air outlet 500 is the width of the battery module 1 . It is formed at a position corresponding to the empty space formed on the other side of the direction.
  • the battery module (1) the air introduced into the interior through the air inlet (400) from the empty space formed on one side of the battery module (1) in the width direction to the empty space formed on the other side in the width direction of the battery module (1) After cooling the battery cell 100 while moving to space, it exits to the outside through the air outlet 500 . That is, the battery module 1 corresponds to an air-cooled battery module.
  • the air inlet 400 unlike its name, may be used as a passage through which air whose temperature has risen by being used for cooling escapes, and the air outlet 500 is also used for cooling, unlike its name. It can be used as a passage through which external air is introduced. That is, an impeller for forced ventilation may be installed in the air inlet 400 and/or the air outlet 500 , and the air circulation direction may vary according to the rotation direction of the impeller.
  • the sprinkler 600 is, for example, connected to a supply pipe (not shown) for supplying a cooling fluid such as cooling water, and operates when the temperature and the flow rate of the internal gas in the battery module 1 reach a certain level or more.
  • a cooling fluid is supplied to the inside of the module (1). That is, the sprinkler 600 operates by detecting when an abnormality occurs in the battery cell 100 and venting occurs and high-temperature gas is discharged. As such, when the sprinkler 600 operates, a cooling fluid is supplied to the inside of the battery module 1 to prevent ignition and/or explosion due to overheating of the battery cell 100 .
  • a portion of the sprinkler 600 is exposed to the outside of the rear cover 340 , and the remaining portion passes through the rear cover 340 and is located in an empty space formed between the bus bar frame 200 and the side cover 320 . do.
  • the sprinkler 600 is installed opposite to the air outlet 500 formed on one side in the longitudinal direction (parallel to the Y-axis) of the rear cover 340 .
  • the sprinkler 600 includes a coupler 610 , a sprinkler head 620 and an insulating cover 630 .
  • the coupler 610 is located outside the module housing 300 and is connected to a supply pipe (not shown) for supplying a cooling fluid. That is, the coupler 610 is a metal material and is a component for fastening an external supply pipe.
  • the sprinkler head 620 is located inside the module housing 300 and is connected to the coupler 610 .
  • the insulating cover 630 covers the sprinkler head 620, whereby the sprinkler head 620 is in direct contact with the electrode lead 110 of the battery cell 100 and/or the bus bar of the bus bar frame 200 to short circuit. prevent this from occurring.
  • the sprinkler head 620 includes a glass bulb 621 and a holding bracket 622 .
  • the glass bulb 621 blocks the cooling fluid injection port P of the coupler 610, and when the flow rate of the internal gas whose temperature is increased due to the temperature and the venting gas inside the battery module 1 exceeds the reference value, it is broken and cooled Open the fluid injection port (P). That is, the glass bulb 621 contains a liquid that expands as the temperature rises therein, and the liquid is vented in at least some of the battery cells 100 in the battery module 1 to generate a high-temperature venting gas. It expands when it fills the inside of the battery module (1).
  • the cooling fluid fills the inside of the module housing 300 through the cooling fluid injection hole P.
  • the holding bracket 622 is made of a metal material, surrounds the glass bulb 621 and fixes the glass bulb 621 so that it does not move.
  • the insulating cover 630 includes a fixing part 631 and a cover part 632 .
  • the fixing part 631 is attached to the rear cover 340 in a clip fixing manner. That is, a part of the fixing part 631 is located outside the rear cover 340 , and the other part is located inside the rear cover 340 .
  • the cover part 632 extends in an approximately vertical direction from the fixing part 631 , and covers the sprinkler head 620 .
  • the cover part 632 includes a first area 632a facing the cell stack and the bus bar frame 200 and a second area 632b other than the first area.
  • the first area 632a has an open area wider than the open area
  • the second area 632b has an open area wider than the closed area. The reason that at least a part of the cover part 632 has an open shape is to allow the cooling fluid injected through the cooling fluid injection hole P to be smoothly supplied to the inside of the module housing 300 .
  • the open area of the first region 632a is smaller than the open area of the second region 632b is a contact between the holding bracket 622 and the electrode lead 110 and/or the holding bracket 622 . This is to minimize the possibility of a short circuit due to contact between the busbar and the busbar.
  • the first region 632a may include at least one cover hole H for ejecting the cooling fluid.
  • the guide plate G is installed inside the module housing 300 so that the flow of gas in the module housing 300 is directed toward the sprinkler 600 .
  • the guide plate (G) is fixed to the inside of the module housing (300), the longitudinal direction (parallel to the X-axis) one end is installed inclined to face the sprinkler (600).
  • a plurality of guide plates G may be installed.
  • the guide plate G has a shape protruding from the inner surface of the side cover 320 in the direction (parallel to the Y-axis) toward the cell stack.
  • the guide plate G may be separately manufactured and attached to the side cover 320 , or may be formed integrally with the side cover 320 .
  • the gas having a strong tendency to rise as the temperature rises inside the battery module 1 may be induced to flow toward the sprinkler 600 due to this guide plate (G).
  • the insulating cover 630 has an orifice 633 extending from the cover part 632 in the longitudinal direction (parallel to the X axis in FIG. 4 ) of the battery module 1 . ) may be further included.
  • the orifice 633 may have a hollow truncated cone shape with a diameter gradually narrowing in a direction away from the cover part 632 .
  • the orifice 633 allows the high-temperature gas guided in the flow direction by the guide plate G (see FIG. 3 ) to move more intensively toward the sprinkler head 620 .
  • the guide plate G In order to allow the movement of high-temperature gas to move intensively toward the sprinkler head 620, as shown in FIG. 10, one end of the guide plate G is installed to face the inlet of the orifice 633.
  • the battery module 1 at least partially includes the air inlet 400 and the air outlet 500 so that the water level of the cooling fluid can rapidly rise when the cooling fluid is supplied therein. It may further include an inflation pad (E) to close.
  • the expansion pad E is attached to the inner surface of the module housing 300 and has a size smaller than the open areas of the air inlet 400 and the air outlet 500 .
  • the inflation pad (E) is an air inlet (400) and an air outlet (500) in order to facilitate the flow of air through the air inlet (400) and the air outlet (500) in the normal use state of the battery module (1). ) of less than approximately 30% of the open area.
  • the expansion pad (E) is attached to the bottom surface in being attached to the inner surface of the module housing 300 is illustrated, but the expansion pad E is attached to the upper part of the module housing 300 Or it may be attached to the side.
  • the expansion pad (E) is expanded by contact with the cooling fluid introduced into the battery module (1) to close the air inlet (400) and the air outlet (500).
  • the expansion pad (E) contains a resin that exhibits a very large expansion rate when it absorbs moisture, and contains a resin whose volume increases by at least about 2 times or more compared to the initial volume when a sufficient amount of moisture is provided.
  • the resin used for the expansion pad E may include, for example, a nonwoven fabric in which super absorbent fiber (SAF) and polyester staple fiber are mixed.
  • SAF super absorbent fiber
  • the SAF is made of SAP (super absorbent polymer) in the form of a fiber.
  • the closing of the air inlet 400 and the air outlet 500 according to the expansion of the expansion pad E does not necessarily mean complete closure at a level at which the cooling fluid cannot leak, and to reduce the amount of leakage.
  • the case of reducing the open area of the air inlet 400 and the air outlet 500 is also included.
  • the expansion pad (E) Due to the application of the expansion pad (E), when a thermal runaway phenomenon occurs in at least some battery modules (1) and the cooling fluid flows into the battery module (1), the air inlet (400) and the air outlet (500) is closed As such, when the air inlet 400 and the air outlet 500 are closed, the cooling fluid introduced into the battery module 1 does not escape to the outside but accumulates inside the battery module 1, and thus the battery module ( It is possible to quickly solve the thermal runaway phenomenon that occurred in 1).
  • a pair of the expansion pads E may be provided.
  • the pair of expansion pads E are attached to the upper and lower portions of the inner surface of the module housing 300 , respectively.
  • the pair of inflation pads E are attached to positions corresponding to each other and contact each other during inflation to close the air inlet 400 and the air outlet 500 .
  • At least a portion of the expansion pad E may be inserted and fixed in a receiving groove 300a formed to a predetermined depth on the inner surface of the module housing 300 .
  • the movement for expansion of the expansion pad E may be guided by a pair of mesh plates 400a and 500a respectively disposed on both sides of the expansion pad E upon expansion due to absorption of moisture.
  • the mesh plates 400a and 500a are mesh-type plates and have a structure through which air and a cooling fluid can pass when the expansion pad E is not expanded.
  • an energy storage system (ESS) includes a plurality of battery modules according to an embodiment of the present invention as described above.

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀; 상기 복수의 배터리 셀을 포함하는 셀 적층체를 수용하는 모듈 하우징; 상기 셀 적층체의 적층 방향 일 측에서 상기 모듈 하우징을 관통하는 스프링클러; 및 상기 모듈 하우징의 내에 고정되되, 그 길이 방향 일 측 단부가 상기 스프링클러를 향하도록 경사지게 설치되는 적어도 하나의 가이드 플레이트;를 포함한다.

Description

스프링클러의 신속한 동작이 가능한 구조를 갖는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 ESS
본 발명은, 스프링클러의 신속한 동작이 가능한 구조를 갖는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 ESS에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는, 배터리 모듈 내에서 벤팅 가스가 유출되었을 때 스프링클러에 구비된 유리 벌브쪽으로 고온의 기체가 집중적으로 이동할 수 있도록 유도하여 스프링클러의 신속한 작동을 가능하게 하는 구조를 갖는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 ESS에 관한 것이다.
본 출원은 2020년 02월 27일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제 10-2020-0024460호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
현재 상용화된 이차전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차전지는 니켈 계열의 이차전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차전지는, 이러한 양극 활물질과 음극 활물질이 각각 도포된 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 배치된 전극 조립체와, 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 파우치 외장재를 구비한다.
최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐만 아니라, 자동차나 전력저장장치와 같은 중대형 장치에도 이차전지가 널리 이용되고 있다. 이러한 중대형 장치에 이용되는 경우, 용량 및 출력을 높이기 위해 많은 수의 이차전지가 전기적으로 연결된다. 특히, 이러한 중대형 장치에는 적층이 용이하다는 장점으로 인해 파우치형 이차전지가 많이 이용된다.
한편, 근래 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 구조에 대한 필요성이 높아지면서 전기적으로 직렬 및/또는 병렬로 연결된 다수의 이차전지를 포함하는 배터리 모듈에 대한 수요가 증가하고 있다.
또한, 이러한 배터리 모듈은, 복수의 이차전지를 외부 충격으로부터 보호하거나 수납 보관하기 위해서 금속 재질의 외부 하우징을 구비하는 것이 일반적이었다. 한편, 최근 고용량의 배터리 모듈의 수요가 높아지고 있다.
이러한 고용량의 배터리 모듈의 경우, 내부의 배터리 셀 중 적어도 일부에서 벤팅(venting)이 발생되어 배터리 모듈 내부의 온도가 상승하는 경우 큰 피해를 일으킬 수 있다. 즉, 고용량의 배터리 모듈은, 내부의 온도 증가에 따라 열폭주 현상이 발생되는 경우, 온도가 급격히 상승할 수 있고, 이에 따라 큰 규모의 발화 및/또는 폭발을 일으킬 수 있다.
이에 따라, 배터리 모듈 내에서 배터리 셀의 벤팅에 따른 비정상적인 온도 상승이 일어나는 경우, 즉각적인 조치를 취할 수 있도록 빠르고 완전한 소화 기술을 개발하는 것이 필요한 실정이다.
본 발명은, 상술한 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 배터리 모듈 내에서 고온의 벤팅 가스가 유출되었을 때 스프링클러에 구비된 유리 벌브쪽으로 고온의 기체가 집중적으로 이동할 수 있도록 유도하여 스프링클러의 신속한 작동을 가능하게 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 배터리 모듈은, 복수의 배터리 셀; 상기 복수의 배터리 셀을 포함하는 셀 적층체를 수용하는 모듈 하우징; 상기 셀 적층체의 적층 방향 일 측에서 상기 모듈 하우징을 관통하는 스프링클러; 및 상기 모듈 하우징의 내에 고정되되, 그 길이 방향 일 측 단부가 상기 스프링클러를 향하도록 경사지게 설치되는 적어도 하나의 가이드 플레이트;를 포함한다.
상기 모듈 하우징은, 상기 셀 적층체의 하면 및 상면을 각각 커버하는 한 쌍의 베이스 커버; 상기 셀 적층체의 측면을 커버하는 한 쌍의 사이드 커버; 상기 셀 적층체의 전면을 커버하는 프론트 커버; 및 상기 셀 적층체의 후면을 커버하는 리어 커버;를 포함할 수 있다.
상기 가이드 플레이트는, 상기 사이드 커버의 내측면으로부터 상기 셀 적층체를 향하는 방향으로 돌출된 형태를 가질 수 있다.
상기 배터리 모듈은, 상기 셀 적층체의 폭 방향 일 측 및 타 측에 각각 결합되는 한 쌍의 버스바 프레임을 포함할 수 있다.
상기 스프링클러는, 상기 리어 커버의 길이 방향 일 측을 관통하여 상기 버스바 프레임과 상기 사이드 커버 사이에 형성되는 빈 공간 내에 위치할 수 있다.
상기 스프링클러는, 상기 모듈 하우징의 외측에 위치하며, 냉각유체를 공급하는 공급관과 연결되는 커플러; 상기 모듈 하우징의 내측에 위치하며, 상기 커플러와 연결되는 스프링클러 헤드; 및 상기 스프링클러 헤드를 커버하는 절연 커버;를 포함할 수 있다.
상기 스프링클러 헤드는, 상기 커플러의 냉각 유체 분사구를 차단하며, 상기 배터리 모듈 내부의 온도 및 기체의 유속이 기준치 이상이 되면 파단되어 상기 냉각 유체 분사구를 개방시키는 유리 벌브; 및 상기 유리 벌브를 감싸며 상기 유리 벌브를 고정시키는 홀딩 브라켓;을 포함할 수 있다.
상기 절연 커버는 상기 셀 적층체 및 버스바 프레임과 대면하는 제1 영역 및 상기 제1 영역을 제외한 나머지 제2 영역을 포함하며, 상기 제1 영역은 가려진 면적이 개방된 면적보다 더 넓게 형성되고, 상기 제2 영역은 가려진 면적보다 개방된 면적이 더 넓게 형성될 수 있다.
상기 제1 영역은 냉각 유체의 분출을 위한 적어도 하나의 커버 홀을 구비할 수 있다.
상기 배터리 모듈은, 상기 프론트 커버를 관통하여 형성되는 에어 인렛; 상기 리어 커버를 관통하여 형성되는 에어 아웃렛; 및 상기 에어 인렛 및 에어 아웃렛의 내측에 배치되며, 상기 배터리 모듈 내로 유입된 냉각유체와의 접촉에 따라 팽창하여 상기 에어 인렛 및 에어 아웃렛을 적어도 부분적으로 폐쇄하는 팽창 패드;를 포함할 수 있다.
상기 팽창 패드는, 상기 모듈 하우징의 내측면 상에 부착될 수 있다.
상기 팽창 패드는, 상기 모듈 하우징의 내측면에 형성된 수용 홈 내에 적어도 일부가 삽입될 수 있다.
상기 배터리 모듈은, 상기 팽창 패드의 양 측에 각각 배치되어 상기 팽창 패드의 팽창을 위한 움직임을 가이드 하는 메쉬 플레이트를 포함할 수 있다.
상기 에어 인렛 및 에어 아웃렛은, 상기 버스바 프레임과 사이드 커버 사이에 형성되는 빈 공간과 대응되는 위치에 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 복수개 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 모듈 내에서 고온의 벤팅 가스가 유출되었을 때 스프링클러에 구비된 유리 벌브쪽으로 고온의 기체가 집중적으로 이동할 수 있게 되며, 이에 따라 스프링클러의 신속한 작동이 가능하게 되어 열폭주 현상에 따른 발화 및/또는 폭발을 방지할 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 아니 된다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 배터리 모듈의 내부 구조가 나타나도록 도시된 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 내부 구조가 나타나도록 도시된 도면으로서, 본 발명에 적용되는 스프링클러가 나타나도록 도시된 도면이다.
도 6은 본 발명에 적용되는 절연 커버를 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명에 적용되는 사이드 플레이트의 내부 구조를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명에 적용되는 절연 커버를 나타내는 사시도로서, 도 6에 도시도니 절연 커버와는 다른 형태의 절연 커버를 나타내는 도면이다.
도 9에 도시된 절연 커버를 나타내는 정면도이다.
도 10은 본 발명에 적용되는 절연 커버와 가이드 플레이트의 위치 관계를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 정면의 일부를 나타내는 도면으로서, 배터리 모듈 내에 배치되는 팽창 패드를 나타내는 도면이다.
도 12 내지 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 측부에서 바라본 단면의 일부를 나타내는 도면으로서, 배터리 모듈 내에 배치되는 팽창 패드를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
먼저, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)의 전체적인 구조를 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은 복수의 배터리 셀(100), 버스바 프레임(200), 모듈 하우징(300), 에어 인렛(400), 에어 아웃렛(500), 스프링클러(600) 및 가이드 플레이트(G)를 포함한다.
상기 배터리 셀(100)은, 복수개가 구비되며, 복수의 배터리 셀(100)들은 적층되어 하나의 셀 적층체를 이룬다. 상기 배터리 셀(100)로는, 예를 들어 파우치 타입의 배터리 셀이 적용될 수 있다. 상기 배터리 셀(100)은, 길이 방향(도면에 도시된 Y축과 나란한 방향) 양 측으로 각각 인출되는 한 쌍의 전극 리드(110)를 구비한다. 한편, 도면에 도시되지는 않았으나, 상기 셀 적층체는, 필요에 따라 서로 인접한 배터리 셀(100) 사이에 구비되는 완충 패드를 더 포함할 수도 있다. 이러한 완충 패드는, 셀 적층체를 모듈 하우징(300) 내에 수용시킬 때 셀 적층체가 압축된 상태로 수용될 수 있도록 하며, 이로써 외부 충격에 의한 움직임을 제한할 수 있고, 또한 배터리 셀(100)의 스웰링(swelling)을 억제할 수 있다.
상기 버스바 프레임(200)은, 한 쌍이 구비되며, 각각의 버스바 프레임(200)은, 셀 적층체의 폭 방향(도면에 도시된 Y축과 나란한 방향) 일 측 및 타 측을 커버한다. 상기 배터리 셀(100)의 전극 리드(110)는 버스바 프레임(200)에 형성된 슬릿을 통해 인출되며, 절곡되어 버스바 프레임(200)에 구비된 버스바 상에 용접 등에 의해 고정된다. 즉, 상기 복수의 배터리 셀(100)들은 버스바 프레임(200)에 구비된 버스바에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 모듈 하우징(300)은, 대략 직육면체 형상을 가지며, 내부에 셀 적층체를 수용한다. 상기 모듈 하우징(300)은, 셀 적층체의 하면 및 상면(X-Y 평면과 나란한 면)을 각각 커버하는 한 쌍의 베이스 커버(310), 셀 적층체의 측면(X-Z 평면과 나란한 면)을 각각 커버하는 한 쌍의 사이드 커버(320), 셀 적층체의 전면(Y-Z 평면과 나란한 면)을 커버하는 프론트 커버(330) 및 셀 적층체의 후면(Y-Z 평면과 나란한 면)을 커버하는 리어 커버(340)를 포함한다.
상기 에어 인렛(400)은, 셀 적층체의 적층 방향(X축과 나란한 방향) 일 측, 즉 배터리 모듈(1)의 길이 방향 일 측에 형성되며, 프론트 커버(330)을 관통하는 홀 형태로 형성된다. 상기 에어 아웃렛(500)은, 셀 적층체의 적층 방향 타 측, 즉 배터리 모듈(1)의 길이 방향 타 측에 형성되며, 리어 커버(340)를 관통하는 홀 형태로 형성된다. 상기 에어 인렛(400)과 에어 아웃렛(500)은 상호 배터리 모듈(1)의 길이 방향(X축과 나란한 방향)을 따라 대각선으로 가로 질러 반대 편에 위치한다.
한편, 상기 버스바 프레임(200)과 사이드 커버(320) 사이에는 빈 공간이 형성된다. 즉, 상기 모듈 하우징(300)의 6개의 외측 면 중 배터리 셀(100)의 길이 방향(Y축과 나란한 방향) 일 측 및 타 측과 대면하는 면과 버스바 프레임(200)의 내측 면 사이에는 배터리 셀(100)의 냉각을 위한 공기가 흐를 수 있는 빈 공간이 형성된다. 상기 빈 공간은, 배터리 모듈(1)의 폭 방향(Y축과 나란한 방향) 양 측에 각각 형성된다.
상기 에어 인렛(400)은 배터리 모듈(1)의 폭 방향(Y축과 나란한 방향) 일 측에 형성되는 빈 공간과 대응되는 위치에 형성되고, 에어 아웃렛(500)은 배터리 모듈(1)의 폭 방향 타 측에 형성되는 빈 공간과 대응되는 위치에 형성된다.
상기 배터리 모듈(1)에 있어서, 에어 인렛(400)을 통해 내부로 유입된 공기는 배터리 모듈(1)의 폭 방향 일 측에 형성된 빈 공간으로부터 배터리 모듈(1)의 폭 방향 타 측에 형성된 빈 공간으로 이동하면서 배터리 셀(100)을 냉각시킨 후 에어 아웃렛(500)을 통해 외부로 빠져나간다. 즉, 상기 배터리 모듈(1)은 공냉식 배터리 모듈에 해당하는 것이다.
한편, 본 발명에 있어서, 상기 에어 인렛(400)은 그 명칭과는 달리 냉각에 이용되어 온도가 상승한 공기가 빠져나가는 통로로서 이용될 수도 있고, 에어 아웃렛(500) 역시 그 명칭과는 달리 냉각을 위한 외부의 공기가 유입되는 통로로서 이용될 수 있다. 즉, 상기 에어 인렛(400) 및/또는 에어 아웃렛(500)에는 강제 환풍을 위한 임펠러가 설치될 수 있는데, 임펠러의 회전 방향에 따라서 공기의 순환 방향은 달라질 수 있는 것이다.
상기 스프링클러(600)는, 예를 들어 냉각수와 같은 냉각 유체를 공급하는 공급관(미도시)과 연결되며, 배터리 모듈(1) 내부의 온도 및 내부 기체의 유속이 일정 수준 이상이 되었을 때 작동하여 배터리 모듈(1)의 내부로 냉각 유체를 공급한다. 즉, 상기 스프링클러(600)는, 배터리 셀(100)에 이상이 발생되어 벤팅(venting)이 일어나고 이로 인해 고온의 가스가 배출되는 경우 이를 감지하여 작동한다. 이와 같이 스프링클러(600)가 작동하면, 배터리 모듈(1) 내부에 냉각 유체가 공급되어 배터리 셀(100)의 과열에 따른 발화 및/또는 폭발을 방지할 수 있게 된다.
상기 스프링클러(600)의 일부는 리어 커버(340)의 외측으로 노출되고, 나머지 부분은 리어 커버(340)를 관통하여 버스바 프레임(200)과 사이드 커버(320) 사이에 형성되는 빈 공간 내에 위치한다. 상기 스프링클러(600)는 리어 커버(340)의 길이 방향(Y축과 나란한 방향) 일 측에 형성된 에어 아웃렛(500)과 반대편에 설치된다.
상기 스프링클러(600)는 커플러(610), 스프링클러 헤드(620) 및 절연 커버(630)를 포함한다. 상기 커플러(610)는 모듈 하우징(300)의 외측에 위치하며, 냉각 유체를 공급하는 공급관(미도시)과 연결된다. 즉, 상기 커플러(610)는 금속 재질로서, 외부 공급관의 체결을 위한 부품이다. 상기 스프링클러 헤드(620)는 모듈 하우징(300)의 내측에 위치하며, 커플러(610)와 연결된다. 상기 절연 커버(630)는 스프링클러 헤드(620)를 커버하며, 이로써 스프링클러 헤드(620)가 배터리 셀(100)의 전극 리드(110) 및/또는 버스바 프레임(200)의 버스바와 직접 접촉하여 단락이 발생되는 것을 방지한다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 상기 스프링클러 헤드(620)는 유리 벌브(621) 및 홀딩 브라켓(622)을 포함한다.
상기 유리 벌브(621)는 커플러(610)의 냉각 유체 분사구(P)를 차단하며, 배터리 모듈(1) 내부의 온도 및 벤팅 가스로 인해 온도가 상승한 내부 기체의 유속이 기준치 이상이 되면 파단되어 냉각 유체 분사구(P)를 개방시킨다. 즉, 상기 유리 벌브(621)는 내부에 온도 상승에 따라 팽창되는 액체를 함유하고 있으며, 이러한 액체는 배터리 모듈(1) 내의 배터리 셀(100)들 중 적어도 일부에서 벤팅이 발생되어 고온의 벤팅 가스가 배터리 모듈(1) 내부를 채우게 되면 팽창한다. 상기 액체의 팽창에 따라 유리 벌브(621)의 내압이 상승하고, 동시에 유리 벌브(621)의 외부에서 고압의 벤팅 가스로 인한 기체의 외력이 함께 작용하게 되면 유리 벌브(621)가 파손되고, 이로써 냉각 유체 분사구(P)를 통해 냉각 유체가 모듈 하우징(300)의 내부를 채우게 된다. 상기 홀딩 브라켓(622)은 금속 재질로서, 유리 벌브(621)를 감싸며 유리 벌브(621)가 움직이지 않도록 고정시킨다.
도 4 및 도 6을 참조하면, 상기 절연 커버(630)는 고정부(631) 및 커버부(632)를 포함한다. 상기 고정부(631)는 리어 커버(340)에 클립 고정 방식으로 부착된다. 즉, 상기 고정부(631)의 일부는 리어 커버(340)의 외측에 위치하고, 나머지 일부는 리어 커버(340)의 내측에 위치한다. 상기 커버부(632)는 고정부(631)로부터 대략 수직한 방향으로 연장되며, 스프링클러 헤드(620)를 커버한다.
상기 커버부(632)는 셀 적층체 및 버스바 프레임(200)과 대면하는 제1 영역(632a) 및 제1 영역을 제외한 나머지 제2 영역(632b)을 포함한다. 상기 제1 영역(632a)은 가려진 면적이 개방된 면적보다 더 넓게 형성되고, 제2 영역(632b)은 가려진 면적보다 개방된 면적이 더 넓게 형성된다. 상기 커버부(632)의 적어도 일부가 개방된 형태를 갖는 것은 냉각 유체 분사구(P)를 통해 분사된 냉각 유체가 모듈 하우징(300)의 내부에 원활히 공급될 수 있도록 하기 위함이다.
또한, 상기 제1 영역(632a)의 개방 면적이 제2 영역(632b)의 개방 면적보다 더 작게 형성되는 것은, 홀딩 브라켓(622)과 전극 리드(110) 간의 접촉 및/또는 홀딩 브라켓(622)과 버스바 간의 접촉에 의한 단락 발생 가능성을 최소화 하기 위함이다. 한편, 상기 제1 영역(632a)은 냉각 유체의 분출을 위한 적어도 하나의 커버 홀(H)을 구비할 수 있다.
도 3 및 도 7을 참조하면, 상기 가이드 플레이트(G)는, 모듈 하우징(300) 내부에 설치되어 모듈 하우징(300) 내에서의 기체의 흐름이 스프링클러(600)를 향할 수 있도록 한다. 상기 가이드 플레이트(G)는, 모듈 하우징(300)의 내부에 고정되되 그 길이 방향(X축과 나란한 방향) 일 측 단부가 스프링클러(600)를 향하도록 경사지게 설치된다. 상기 가이드 플레이트(G)는 복수개가 설치될 수 있다. 상기 가이드 플레이트(G)는 사이드 커버(320)의 내측면으로부터 셀 적층체를 향하는 방향(Y축에 나란한 방향)으로 돌출된 형태를 갖는다. 상기 가이드 플레이트(G)는 별도로 제작되어 사이드 커버(320)에 부착될 수도 있고, 사이드 커버(320)와 일체로 형성될 수도 있다.
상기 배터리 모듈(1) 내부에서 온도 상승에 따라 상승하려는 경향이 강해진 기체는 이러한 가이드 플레이트(G)로 인해, 그 흐름이 스프링클러(600)를 향하도록 유도될 수 있다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 상기 절연 커버(630)는 커버부(632)로부터 배터리 모듈(1)의 길이 방향(도 4의 X축과 나란한 방향)을 따라 연장된 형태를 갖는 오리피스(633)를 더 포함할 수 있다. 상기 오리피스(633)는 커버부(632)로부터 멀어지는 방향을 따라 직경이 점점 좁아지는 속이 빈 원뿔대 형상을 가질 수 있다.
상기 오리피스(633)는 가이드 플레이트(G)(도 3 참조)에 의해 유동 방향이 가이드 된 고온의 기체가 좀 더 집중적으로 스프링클러 헤드(620)를 향해 이동할 수 있도록 한다. 고온의 기체의 이동이 스프링클러 헤드(620)를 향해 집중적으로 이동할 수 있도록 하기 위해, 도 10에 도시된 바와 같이, 가이드 플레이트(G)의 일 측 단부는 오리피스(633)의 입구를 향하도록 설치될 수 있다.
도 11을 참조하면, 상기 배터리 모듈(1)은, 그 내부에 냉각 유체가 공급되었을 때 냉각 유체의 수위가 빠르게 상승할 수 있도록 하기 위해 에어 인렛(400) 및 에어 아웃렛(500)을 적어도 부분적으로 폐쇄하는 팽창 패드(E)를 더 포함 할 수 있다.
상기 팽창 패드(E)는 모듈 하우징(300)의 내측면에 부착되며, 에어 인렛(400)과 에어 아웃렛(500)의 개방 면적보다 작은 사이즈를 갖는다. 상기 팽창 패드(E)는 배터리 모듈(1)의 정상적인 사용 상태에서 에어 인렛(400)과 에어 아웃렛(500)을 통한 공기의 흐름을 원활할 수 있도록 하기 위해 에어 인렛(400)과 에어 아웃렛(500)의 개방 면적 대비 대략 30% 미만의 사이즈를 갖는 것이 바람직하다. 한편, 본 발명의 도면에서는 상기 팽창 패드(E)가 모듈 하우징(300)의 내측면에 부착됨에 있어서 바닥면에 부착된 경우만을 도시하고 있으나, 팽창 패드(E)는 모듈 하우징(300)의 상부 또는 측부에 부착될 수도 있다.
상기 팽창 패드(E)는 배터리 모듈(1)의 내부로 유입된 냉각 유체와 접촉함으로써 팽창되어 에어 인렛(400) 및 에어 아웃렛(500)을 폐쇄한다. 상기 팽창 패드(E)는, 수분을 흡수하는 경우 매우 큰 팽창율을 나타내는 수지를 함유하는 것으로서, 충분한 양의 수분이 제공되는 경우 초기 부피 대비 적어도 대략 2배 이상 그 부피가 증가하는 수지를 함유한다. 상기 팽창 패드(E)에 이용되는 수지로는, 예를 들어 SAF(super absorbent fiber)와 폴리에스테르 스테이플 파이버(polyester staple fiber)가 혼합된 부직포를 들 수 있다. 상기 SAF는 SAP(고흡수성 수지, super absorbent polymer)를 파이버(fiber) 형태로 제작한 것이다.
한편, 상기 팽창 패드(E)의 팽창에 따른 에어 인렛(400) 및 에어 아웃렛(500)의 폐쇄는, 반드시 냉각 유체가 누수될 수 없는 수준의 완전한 폐쇄를 의미하는 것은 아니며, 누수량을 줄일 수 있도록 에어 인렛(400)과 에어 아웃렛(500)의 개방 면적을 줄여주는 경우 역시 포함하는 것이다.
상기 팽창 패드(E)의 적용으로 인해, 적어도 일부 배터리 모듈(1)에서 열 폭주 현상이 발생되어 배터리 모듈(1) 내부로 냉각 유체가 유입되는 경우, 에어 인렛(400) 및 에어 아웃렛(500)은 폐쇄된다. 이처럼 상기 에어 인렛(400)과 에어 아웃렛(500)이 폐쇄되는 경우 배터리 모듈(1)의 내부로 유입된 냉각 유체는 외부로 빠져나가지 않고 배터리 모듈(1)의 내부에 고이게 되며, 이로써 배터리 모듈(1)에 발생된 열 폭주 현상의 빠른 해소가 가능하게 된다.
도 12를 참조하면, 상기 팽창 패드(E)는, 한 쌍이 구비될 수 있으며, 이 경우 한 쌍의 팽창 패드(E)는 모듈 하우징(300)의 내측면 상부와 하부에 각각 부착된다. 상기 한 쌍의 팽창 패드(E)는 서로 대응되는 위치에 부착되어 팽창 시에 상호 접하여 에어 인렛(400) 및 에어 아웃렛(500)을 폐쇄한다.
도 13을 참조하면, 상기 팽창 패드(E)는, 모듈 하우징(300)의 내측면에 소정의 깊이로 형성된 수용 홈(300a) 내에 적어도 일부가 삽입되어 고정될 수 있다.
도 14를 참조하면, 상기 팽창 패드(E)는, 수분의 흡수에 따른 팽창 시에 그 양 측에 각각 배치되는 한 쌍의 메쉬 플레이트(400a, 500a)에 의해 팽창을 위한 움직임이 가이드 될 수 있다. 상기 메쉬 플레이트(400a, 500a)는 메쉬 타입(mesh type)의 플레이트로서 팽창 패드(E)가 팽창되지 않은 상태에서는 공기 및 냉각 유체가 통과될 수 있는 구조를 갖는다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 ESS(Energy storage system)는 상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 복수개 포함한다.
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 (15)

  1. 복수의 배터리 셀;
    상기 복수의 배터리 셀을 포함하는 셀 적층체를 수용하는 모듈 하우징;
    상기 셀 적층체의 적층 방향 일 측에서 상기 모듈 하우징을 관통하는 스프링클러; 및
    상기 모듈 하우징의 내에 고정되되, 그 길이 방향 일 측 단부가 상기 스프링클러를 향하도록 경사지게 설치되는 적어도 하나의 가이드 플레이트;
    를 포함하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모듈 하우징은,
    상기 셀 적층체의 하면 및 상면을 각각 커버하는 한 쌍의 베이스 커버;
    상기 셀 적층체의 측면을 커버하는 한 쌍의 사이드 커버;
    상기 셀 적층체의 전면을 커버하는 프론트 커버; 및
    상기 셀 적층체의 후면을 커버하는 리어 커버;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가이드 플레이트는,
    상기 사이드 커버의 내측면으로부터 상기 셀 적층체를 향하는 방향으로 돌출된 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은,
    상기 셀 적층체의 폭 방향 일 측 및 타 측에 각각 결합되는 한 쌍의 버스바 프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 스프링클러는,
    상기 리어 커버의 길이 방향 일 측을 관통하여 상기 버스바 프레임과 상기 사이드 커버 사이에 형성되는 빈 공간 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 스프링클러는,
    상기 모듈 하우징의 외측에 위치하며, 냉각유체를 공급하는 공급관과 연결되는 커플러;
    상기 모듈 하우징의 내측에 위치하며, 상기 커플러와 연결되는 스프링클러 헤드; 및
    상기 스프링클러 헤드를 커버하는 절연 커버;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 스프링클러 헤드는,
    상기 커플러의 냉각 유체 분사구를 차단하며, 상기 배터리 모듈 내부의 온도 및 기체의 유속이 기준치 이상이 되면 파단되어 상기 냉각 유체 분사구를 개방시키는 유리 벌브; 및
    상기 유리 벌브를 감싸며 상기 유리 벌브를 고정시키는 홀딩 브라켓;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 절연 커버는 상기 셀 적층체 및 버스바 프레임과 대면하는 제1 영역 및 상기 제1 영역을 제외한 나머지 제2 영역을 포함하며,
    상기 제1 영역은 가려진 면적이 개방된 면적보다 더 넓게 형성되고, 상기 제2 영역은 가려진 면적보다 개방된 면적이 더 넓게 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 영역은 냉각 유체의 분출을 위한 적어도 하나의 커버 홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은,
    상기 프론트 커버를 관통하여 형성되는 에어 인렛;
    상기 리어 커버를 관통하여 형성되는 에어 아웃렛; 및
    상기 에어 인렛 및 에어 아웃렛의 내측에 배치되며, 상기 배터리 모듈 내로 유입된 냉각유체와의 접촉에 따라 팽창하여 상기 에어 인렛 및 에어 아웃렛을 적어도 부분적으로 폐쇄하는 팽창 패드;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 팽창 패드는,
    상기 모듈 하우징의 내측면 상에 부착되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 팽창 패드는,
    상기 모듈 하우징의 내측면에 형성된 수용 홈 내에 적어도 일부가 삽입되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 배터리 모듈은,
    상기 팽창 패드의 양 측에 각각 배치되어 상기 팽창 패드의 팽창을 위한 움직임을 가이드 하는 메쉬 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 에어 인렛 및 에어 아웃렛은,
    상기 버스바 프레임과 사이드 커버 사이에 형성되는 빈 공간과 대응되는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 복수개 포함하는 ESS.
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EP21761795.0A EP4027434A4 (en) 2020-02-27 2021-01-15 BATTERY MODULE HAVING A STRUCTURE ALLOWING RAPID DEPLOYMENT OF THE SPRINKLER, AND ENERGY STORAGE SYSTEM (ESS) COMPRISING SAME
US17/626,086 US20220263160A1 (en) 2020-02-27 2021-01-15 Battery module having structure enabling rapid deployment of sprinkler, and ess including same
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011254906A (ja) * 2010-06-07 2011-12-22 Nohmi Bosai Ltd 消火装置
JP2013214504A (ja) * 2012-03-09 2013-10-17 Nissan Motor Co Ltd 空気電池カートリッジ及び空気電池システム
JP2015032429A (ja) * 2013-08-01 2015-02-16 株式会社デンソー 電池冷却装置
JP2015153616A (ja) * 2014-02-14 2015-08-24 株式会社オートネットワーク技術研究所 バッテリパック
JP2015230756A (ja) * 2014-06-03 2015-12-21 三菱自動車工業株式会社 二次電池
WO2016055708A1 (fr) * 2014-10-09 2016-04-14 Peugeot Citroen Automobiles Sa Système de batteries pour véhicule comportant des pentes de répartition de l'eau de refroidissement
JP2019075191A (ja) * 2016-03-08 2019-05-16 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 蓄電装置
KR20190107900A (ko) * 2018-03-13 2019-09-23 주식회사 엘지화학 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차
KR20200024460A (ko) 2018-08-28 2020-03-09 대우조선해양 주식회사 액화가스 저장탱크의 단열시스템

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0531207A (ja) * 1991-08-01 1993-02-09 Ngk Insulators Ltd ナトリウム−硫黄電池における消火装置
FI122096B (fi) * 2006-01-18 2011-08-31 Marioff Corp Oy Sprinkleri
KR101230130B1 (ko) * 2010-12-21 2013-02-05 로베르트 보쉬 게엠베하 배터리 팩
JP6390548B2 (ja) * 2015-08-07 2018-09-19 株式会社デンソー 電池パック
DE102016206851B3 (de) * 2016-04-22 2017-10-26 Audi Ag Löschverfahren und Löscheinrichtung zum Einbringen wenigstens eines Löschmittels in eine Batterie
EP3333932B1 (en) * 2016-12-06 2019-02-13 Samsung SDI Co., Ltd. Battery system
DE102017209604A1 (de) * 2017-06-07 2018-12-13 Röchling Automotive SE & Co. KG Batteriemodul mit Strömungsleitformation im Modulgehäuse
JP2019092790A (ja) * 2017-11-22 2019-06-20 ヤマトプロテック株式会社 消火用ヘッド
KR20210033763A (ko) * 2019-09-19 2021-03-29 주식회사 엘지화학 소화 유닛을 포함한 배터리 팩

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011254906A (ja) * 2010-06-07 2011-12-22 Nohmi Bosai Ltd 消火装置
JP2013214504A (ja) * 2012-03-09 2013-10-17 Nissan Motor Co Ltd 空気電池カートリッジ及び空気電池システム
JP2015032429A (ja) * 2013-08-01 2015-02-16 株式会社デンソー 電池冷却装置
JP2015153616A (ja) * 2014-02-14 2015-08-24 株式会社オートネットワーク技術研究所 バッテリパック
JP2015230756A (ja) * 2014-06-03 2015-12-21 三菱自動車工業株式会社 二次電池
WO2016055708A1 (fr) * 2014-10-09 2016-04-14 Peugeot Citroen Automobiles Sa Système de batteries pour véhicule comportant des pentes de répartition de l'eau de refroidissement
JP2019075191A (ja) * 2016-03-08 2019-05-16 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 蓄電装置
KR20190107900A (ko) * 2018-03-13 2019-09-23 주식회사 엘지화학 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차
KR20200024460A (ko) 2018-08-28 2020-03-09 대우조선해양 주식회사 액화가스 저장탱크의 단열시스템

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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