WO2021177759A1 - 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙 및 이러한 배터리 랙을 포함하는 전력 저장 장치 - Google Patents

배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙 및 이러한 배터리 랙을 포함하는 전력 저장 장치 Download PDF

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battery
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fire
battery module
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조상현
이영석
배경현
신진규
이진규
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery module, a battery rack including such a battery module, and a power storage device including such a battery rack.
  • Secondary batteries that are easy to apply according to product groups and have electrical characteristics such as high energy density are not only portable devices, but also electric vehicles (EVs) or hybrid vehicles (HEVs) driven by an electric drive source. It is universally applied. These secondary batteries are attracting attention as a new energy source for improving eco-friendliness and energy efficiency in that not only the primary advantage of being able to dramatically reduce the use of fossil fuels but also the fact that no by-products are generated from the use of energy.
  • EVs electric vehicles
  • HEVs hybrid vehicles
  • the types of secondary batteries currently widely used include a lithium ion battery, a lithium polymer battery, a nickel cadmium battery, a nickel hydrogen battery, a nickel zinc battery, and the like.
  • the operating voltage of the unit secondary battery cell is about 2.5V to 4.5V. Accordingly, when a higher output voltage is required, a plurality of battery cells are connected in series to form a battery pack. In addition, a plurality of battery cells may be connected in parallel to form a battery pack according to the charge/discharge capacity required for the battery pack. Accordingly, the number of battery cells included in the battery pack may be variously set according to a required output voltage or charge/discharge capacity.
  • a battery module including at least one battery cell is first configured, and other components are added using the at least one battery module. It is common to configure battery packs or battery racks. In the case of a battery pack, it is generally provided as an energy source such as an electric vehicle, and recently, as an energy source for home or industrial use, a power storage device including a plurality of battery racks is attracting attention.
  • the battery pack or battery rack of the prior art has a plurality of battery modules, and when thermal runaway occurs in the battery cells of each battery module, ignites or explodes, heat or flame is transferred to adjacent battery cells. There are cases where a secondary explosion or the like occurs, and efforts are being made to more rapidly prevent secondary ignition or explosion.
  • a battery module capable of suppressing thermal runaway or fire more quickly in the initial stage, a battery rack including such a battery module, and such a battery rack
  • the search for a way to provide a power storage device is required.
  • an object of the present invention includes a battery module capable of initially suppressing thermal runaway or fire more quickly when thermal runaway or fire occurs inside the battery module, a battery rack including such a battery module, and such a battery rack In order to provide a power storage device that
  • the present invention provides a battery module, comprising: at least one battery cell; and a module case accommodating the at least one battery cell, wherein at least one side of the module case is connected to a fire fighting tank unit including a fire extinguishing agent when thermal runaway or fire of the at least one battery cell occurs, It provides a battery module, characterized in that provided; an extinguishing agent supply passage for directly injecting the extinguishing agent into the module case.
  • the module case may include a case body supporting the at least one battery cell; a front cover connected to the case body; a rear cover connected to the case body from the opposite side to the front cover; and a pair of side plates disposed between the front cover and the rear cover, wherein the extinguishing agent supply passage may be provided on at least one of the pair of side plates.
  • the side plate in which the extinguishing agent supply passage is provided may include an extinguishing agent spraying unit for spraying the extinguishing agent in the extinguishing agent supply passage toward the at least one battery cell when the thermal runaway or a fire occurs.
  • the extinguishing agent spraying part is configured to seal the extinguishing agent supply flow path, and when the inside of the module case is exposed to internal gas having a temperature higher than a predetermined temperature, at least a part is damaged and the extinguishing agent supply flow path is opened to release the extinguishing agent out of the extinguishing agent injection part
  • a glass bulb configured to guide may be provided.
  • the extinguishing agent spraying unit may be provided on an inner wall of a side plate in which the extinguishing agent supply passage facing the at least one battery cell is provided inside the module case.
  • the fire extinguishing agent spraying unit may be provided in the center of the inner wall of the side plate in which the fire extinguishing agent supply passage is provided in the longitudinal direction of the module case.
  • a plurality of fire extinguishing agent spraying units may be provided, and the plurality of fire extinguishing agent spraying units may be disposed to be spaced apart from each other by a predetermined distance in a longitudinal direction of the module case.
  • the extinguishing agent may be fire extinguishing water provided with water.
  • the present invention as a battery rack, at least one battery module according to the above-described embodiments; and a rack case accommodating the at least one battery module; provides a battery rack comprising a.
  • the present invention provides a power storage device comprising a; at least one battery rack according to the above-described embodiment as a power storage device.
  • a battery module when thermal runaway or fire occurs inside the battery module, a battery module that can more quickly suppress thermal runaway or fire in the initial stage, a battery rack including such a battery module, and such a battery rack It is possible to provide a power storage device comprising a.
  • FIG. 1 is a front perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a rear perspective view of the battery module of FIG. 1 ;
  • FIG. 3 is a partially exploded view of the battery module of FIG. 1 .
  • FIG. 4 is a partially exploded view of the battery module of FIG. 2 .
  • FIG. 5 is a perspective view of a side plate of the battery module of FIG. 4 .
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a main part of the battery module of FIG. 1 .
  • Fig. 7 is an enlarged view of the main part of Fig. 6;
  • FIG. 8 to 10 are views for explaining a mechanism for injecting an extinguishing agent inside the module case when a fire or thermal runaway situation occurs in the battery module of FIG. 1 .
  • FIG. 11 is a view for explaining an extinguishing agent spraying unit according to another embodiment of the battery module of FIG.
  • FIG. 12 is a view for explaining a battery rack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining a power storage device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a front perspective view of a battery module according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a rear perspective view of the battery module of FIG. 1
  • FIG. 3 is a partially exploded view of the battery module of FIG. 1
  • FIG. It is a partial exploded view of the battery module
  • FIG. 5 is a perspective view of the side plate of the battery module of FIG. 4
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a main part of the battery module of FIG. 1
  • FIG. 7 is an enlarged view of the main part of FIG. 6 .
  • the battery module 10 may include a battery cell 100 and a module case 200 .
  • the battery cell 100 as a secondary battery, may be provided as a pouch-type secondary battery, a prismatic secondary battery, or a cylindrical secondary battery.
  • the battery cell 100 will be described by limiting it to a pouch-type secondary battery.
  • At least one battery cell 100 may be provided in plurality.
  • the battery cell 100 will be described by limiting it to a plurality.
  • the module case 200 may accommodate the plurality of battery cells 100 . To this end, an accommodation space for accommodating the plurality of battery cells 100 may be provided in the module case 200 .
  • the module case 200 In at least one side of the module case 200, it is connected to a fire fighting tank unit (T, see FIG. 13) having a fire extinguishing agent, and when thermal runaway or fire occurs in the at least one battery cell 100, the module case An extinguishing agent supply passage 300 for directly spraying the extinguishing agent may be provided inside the 200 .
  • the extinguishing agent supply flow path 300 will be described in more detail than when the side plate 270 of the module case 200 is described below.
  • the module case 200 may include a case body 210 , a front cover 230 , a rear cover 250 , and a side plate 270 .
  • the case body 210 may support at least one of the plurality of battery cells 100 in the present embodiment.
  • the case body 210 may cover the plurality of battery cells 100 .
  • the front cover 230 may be connected to the case body 210 and cover the front of the case body 210 .
  • a cooling air supply 235 may be provided in the front cover 230 .
  • the cooling air supply unit 235 is disposed in front of the module case 200 and supplies cooling air into the module case 200 of the battery module 10 for cooling the battery cells 100 .
  • the rear cover 250 may be connected to the case body 210 from the opposite side of the front cover 230 and cover the rear of the case body 210 .
  • a cooling air outlet 255 may be provided in the rear cover 250 .
  • the cooling air discharge unit 255 may be disposed at the rear of the module case 200 , and may be disposed at a diagonal angle to the cooling supply supply unit 235 .
  • the cooling air discharge unit 255 may discharge the air that has cooled the battery cells 100 inside the module case 200 to the outside of the module case 200 .
  • the side plate 270 is disposed between the front cover 230 and the rear cover 250 and may be provided as a pair.
  • the pair of side plates 270 may be connected to the case body 210 , the front cover 230 , and the rear cover 250 to package the plurality of battery cells 100 .
  • the extinguishing agent supply passage 300 may be provided in at least one of the pair of side plates 270 .
  • a connection hole 275 for connecting the extinguishing agent supply passage 300 and the extinguishing agent supply pipe 70 may be provided at the rear of the side plate 270 where the extinguishing agent supply passage 300 is provided.
  • the extinguishing agent supply flow path 300 is formed to be elongated in the longitudinal direction of the side plate 270 , and may have a predetermined space in which the extinguishing agent W can be filled in the side plate 270 .
  • the extinguishing agent supply passage 300 may communicate with the extinguishing agent supply pipe 70 through the connection hole 275 .
  • An extinguishing agent spraying unit 400 may be provided on the side plate 270 in which the extinguishing agent supply passage 300 is provided.
  • the extinguishing agent spraying unit 400 is for more effectively spraying the extinguishing agent W in the extinguishing agent supply passage 300 toward the at least one battery cell 100 when the thermal runaway or fire occurs, and the side plate It may be provided on the inner wall of the 270 .
  • the fire extinguishing agent spraying unit 400 includes, inside the module case 200 , the inner wall of the side plate 270 in which the fire extinguishing agent supply flow path 300 facing the at least one battery cell 100 is provided. can be provided in
  • the extinguishing agent spraying unit 400 may be provided in the center of the inner wall of the side plate 270 on which the extinguishing agent supply passage 300 is provided in the longitudinal direction of the module case 200 .
  • the fire extinguishing agent spraying part 400 may include a spraying part body 410 , a bulb support part 430 , and a glass bulb 450 .
  • the injection unit body 410 may be provided in the center of the inner wall of the side plate 270 to communicate with the extinguishing agent supply passage 300 .
  • a spray hole 415 for spraying the extinguishing agent may be provided in the spraying unit body 410 .
  • the injection hole 415 is for spraying the extinguishing agent, and may communicate with the extinguishing agent supply passage 300 . When the spray hole 415 is opened, the extinguishing agent may be sprayed to the outside.
  • the bulb support part 430 may be provided in the center of the inner wall of the side plate 270 to be spaced apart from the injection part body 410 by a predetermined distance.
  • the bulb support part 430 may more stably support the glass bulb 333 together with the injection part body 410 .
  • the glass bulb 450 is configured to seal the extinguishing agent supply flow path 300 , but when the inside of the module case 200 is exposed to internal gas at a predetermined temperature or higher, at least a portion is damaged and the extinguishing agent supply flow path 300 . may be opened to guide the extinguishing agent out of the extinguishing agent spraying unit 400 .
  • the glass bulb 450 is filled with a predetermined substance such as a predetermined liquid or gas therein.
  • a predetermined material may have a property of increasing in volume as the temperature increases. Specifically, the glass bulb 450 is broken, melted, or separated from the injection unit body 410 by volume expansion of the predetermined material at a predetermined temperature, for example, 70 to 100 degrees Celsius or more.
  • the injection hole 415 may be opened.
  • FIG. 8 to 10 are views for explaining a mechanism for injecting an extinguishing agent inside the module case when a fire or thermal runaway situation occurs in the battery module of FIG. 1 .
  • a fire situation or thermal runaway due to overheating, etc. situations can arise in the battery cells 100 inside the module case 200 of the battery module 10 .
  • a fire situation or thermal runaway situation occurs, a high-temperature gas G may be generated inside the module case 200 due to the overheated battery cell 100 .
  • the glass bulb 450 of the fire extinguishing agent spraying unit 400 is broken, melted, or separated by the high temperature gas G, and the fire extinguishing agent W ) through which the injection hole 415 can be injected may be opened.
  • the extinguishing agent W in the extinguishing agent supply passage 300 that is, water W, is immediately directed toward the battery cells 100 through the injection hole 415 and It can be sprayed directly.
  • FIG. 11 is a view for explaining an extinguishing agent spraying unit according to another embodiment of the battery module of FIG.
  • a plurality of fire extinguishing agent spraying units 405 may be provided.
  • the plurality of fire extinguishing agent spraying units 405 may be disposed to be spaced apart from each other by a predetermined distance in the longitudinal direction of the module case 200 , specifically, in the longitudinal direction of the side plate 270 .
  • the fire extinguishing agent spraying unit 405 is provided in plurality, it is possible to suppress the fire or the like more quickly than when the thermal runaway or fire situation occurs.
  • FIG. 12 is a view for explaining a battery rack according to an embodiment of the present invention.
  • the fire extinguishing agent supply pipe 70 communicates with the fire extinguishing unit 300 and a fire extinguishing tank unit (T, see FIG. 13 ) to be described later, thereby generating an abnormal situation such as a fire situation in at least one of the plurality of battery modules 10 . It is possible to guide the supply of the extinguishing agent of the fire fighting tank unit T to the battery module 10 in which the abnormal situation occurs.
  • the battery rack (1) to include the battery module 10 of the previous embodiment, to provide a battery rack (1) including all the advantages of the battery module 10 of the previous embodiment can
  • FIG. 13 is a diagram for explaining a power storage device according to an embodiment of the present invention.
  • the power storage device E may be used as an energy source for home or industrial use.
  • the power storage device (E), at least one of the preceding embodiment, in the case of this embodiment, a plurality of battery racks (1) and a rack container (C) for accommodating the plurality of battery racks (1) may include .
  • the rack container (C) may be provided with a fire fighting tank unit (T) for supplying a fire extinguishing agent to the plurality of battery racks (1).
  • the fire fighting tank unit T the fire extinguishing agent, that is, water provided with water is filled.
  • the fire fighting tank unit T may be connected to the plurality of battery racks 1 and the fire extinguishing agent supply pipe 70 to supply fire extinguishing water to the plurality of battery racks 1 .
  • the battery module 10 when a thermal runaway or fire occurs inside the battery module 10, the battery module 10 capable of initially suppressing the thermal runaway or fire more quickly, such a battery module 10 It is possible to provide a power storage device (E) including a battery rack (1) and such a battery rack (1) comprising a.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 배터리 셀 및 배터리 셀을 수용하는 모듈 케이스를 포함하며, 모듈 케이스의 적어도 일측 내부에는, 소화제를 구비하는 소화 탱크 유닛과 연결되어 배터리 셀의 열 폭주나 화재 발생 시, 모듈 케이스 내부에 소화제를 직접적으로 분사시키는 소화제 공급 유로가 마련되는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙 및 이러한 배터리 랙을 포함하는 전력 저장 장치
본 발명은 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙 및 이러한 배터리 랙을 포함하는 전력 저장 장치에 관한 것이다.
본 출원은 2020년 03월 04일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제 10-2020-0027370호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차 전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.5V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 복수 개의 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩이나 배터리 랙을 구성하는 방법이 일반적이다. 배터리 팩의 경우, 일반적으로, 전기 자동차 등의 에너지원으로 구비되며, 최근 들어, 가정용 또는 산업용 에너지원으로서, 복수 개의 배터리 랙들을 포함하는 전력 저장 장치가 주목받고 있다.
그러나, 종래기술의 배터리 팩 또는 배터리 랙은, 복수의 배터리 모듈을 구비하고, 각각의 배터리 모듈의 배터리 셀에서 열폭주가 발생되어, 발화 내지 폭발할 경우, 인접한 배터리 셀들로 열 또는 화염이 전달되어 2차 폭발 등이 일어나는 경우가 있어, 보다 신속하게 2차 발화 내지 폭발을 방지하기 위한 노력이 가중되고 있다.
그러므로, 배터리 모듈 내부의 열폭주나, 이러한 열폭주 등에 따른 화재 발생 시, 보다 신속하게 열폭주나 화재를 초기에 진압할 수 있는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙 및 이러한 배터리 랙을 포함하는 전력 저장 장치를 제공하기 위한 방안의 모색이 요청된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 배터리 모듈 내부의 열폭주나 화재 발생 시, 보다 신속하게 열폭주나 화재를 초기에 진압할 수 있는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙 및 이러한 배터리 랙을 포함하는 전력 저장 장치를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 해결하기 위해, 본 발명은, 배터리 모듈로서, 적어도 하나의 배터리 셀; 및 상기 적어도 하나의 배터리 셀을 수용하는 모듈 케이스;를 포함하며, 상기 모듈 케이스의 적어도 일측 내부에는, 소화제를 구비하는 소화 탱크 유닛과 연결되어 상기 적어도 하나의 배터리 셀의 열 폭주나 화재 발생 시, 상기 모듈 케이스 내부에 상기 소화제를 직접적으로 분사시키는 소화제 공급 유로;가 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 제공한다.
상기 모듈 케이스는, 상기 적어도 하나의 배터리 셀을 지지하는 케이스 본체; 상기 케이스 본체와 연결되는 전방 커버; 상기 전방 커버와 반대편에서 상기 케이스 본체와 연결되는 후방 커버; 및 상기 전방 커버와 상기 후방 커버 사이에 배치되는 한 쌍의 사이드 플레이트;를 포함하며, 상기 소화제 공급 유로는, 상기 한 쌍의 사이드 플레이트 중 적어도 하나에 마련될 수 있다.
상기 소화제 공급 유로가 마련되는 사이드 플레이트에는, 상기 열폭주나 화재 발생 시 상기 소화제 공급 유로 내의 소화제를 상기 적어도 하나의 배터리 셀 측으로 분사하기 위한 소화제 분사부;가 구비될 수 있다.
상기 소화제 분사부에는, 상기 소화제 공급 유로를 밀폐하도록 구성되되 상기 모듈 케이스 내부가 소정 온도 이상의 내부 가스에 노출될 경우, 적어도 일부분이 파손되어 상기 소화제 공급 유로를 개방시켜 상기 소화제를 상기 소화제 분사부 밖으로 안내하도록 구성된 유리 벌브;가 구비될 수 있다.
상기 소화제 분사부는, 상기 모듈 케이스 내부에서, 상기 적어도 하나의 배터리 셀을 마주 하는 상기 소화제 공급 유로가 마련되는 사이드 플레이트의 내벽에 마련될 수 있다.
상기 소화제 분사부는, 상기 모듈 케이스의 길이 방향에서, 상기 소화제 공급 유로가 마련되는 사이드 플레이트의 내벽 중앙에 구비될 수 있다.
상기 소화제 분사부는, 복수 개로 구비되며, 상기 복수 개의 상기 소화제 분사부는, 상기 모듈 케이스의 길이 방향에서, 상호 소정 거리 이격 배치될 수 있다.
상기 소화제는, 물로 구비되는 소화수일 수 있다.
그리고, 본 발명은, 배터리 랙으로서, 전술한 실시예들에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈; 및 상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 수용하는 랙 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 랙을 제공한다.
아울러, 본 발명은, 전력 저장 장치로서, 전술한 실시예에 따른 적어도 하나의 배터리 랙;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 장치를 제공한다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 배터리 모듈 내부의 열폭주나 화재 발생 시, 보다 신속하게 열폭주나 화재를 초기에 진압할 수 있는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙 및 이러한 배터리 랙을 포함하는 전력 저장 장치를 제공할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 전방 사시도이다.
도 2는 도 1의 배터리 모듈의 후방 사시도이다.
도 3은 도 1의 배터리 모듈의 부분 분해도이다.
도 4는 도 2의 배터리 모듈의 부분 분해도이다.
도 5는 도 4의 배터리 모듈의 사이드 플레이트의 사시도이다.
도 6은 도 1의 배터리 모듈의 주요부의 단면도이다.
도 7은 도 6의 주요부의 확대도이다.
도 8 내지 도 10은 도 1의 배터리 모듈의 화재나 열폭주 상황 발생 시 모듈 케이스 내부의 소화제 주입 매커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 도 4의 배터리 모듈의 다른 실시예에 따른 소화제 분사부를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장 장치를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해 질 것이다. 여기서 설명되는 실시예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면은 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 전방 사시도이며, 도 2는 도 1의 배터리 모듈의 후방 사시도이며, 도 3은 도 1의 배터리 모듈의 부분 분해도이며, 도 4는 도 2의 배터리 모듈의 부분 분해도이며, 도 5는 도 4의 배터리 모듈의 사이드 플레이트의 사시도이며, 도 6은 도 1의 배터리 모듈의 주요부의 단면도이며, 도 7은 도 6의 주요부의 확대도이다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 배터리 모듈(10)은, 배터리 셀(100) 및 모듈 케이스(200)를 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀(100)은, 이차 전지로서, 파우치형 이차 전지, 각형 이차 전지, 또는 원통형 이차 전지로 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 배터리 셀(100)이 파우치형 이차 전지인 것으로 한정하여 설명한다.
상기 배터리 셀(100)은, 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개로 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 배터리 셀(100)이 복수 개로 구비되는 것으로 한정하여 설명한다.
상기 모듈 케이스(200)는, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)을 수용할 수 있다. 이를 위해, 상기 모듈 케이스(200)에는 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)을 수용하기 위한 수용 공간이 마련될 수 있다.
이러한 상기 모듈 케이스(200)의 적어도 일측 내부에는, 소화제를 구비하는 소화 탱크 유닛(T, 도 13 참조)과 연결되어 상기 적어도 하나의 배터리 셀(100)의 열 폭주나 화재 발생 시, 상기 모듈 케이스(200) 내부에 상기 소화제를 직접적으로 분사시키는 소화제 공급 유로(300)가 마련될 수 있다. 상기 소화제 공급 유로(300)에 대해서는 하기 모듈 케이스(200)의 사이드 플레이트(270)의 설명 시 보다 더 구체적으로 살펴 본다.
상기 모듈 케이스(200)는, 케이스 본체(210), 전방 커버(230), 후방 커버(250) 및 사이드 플레이트(270)를 포함할 수 있다.
상기 케이스 본체(210)는, 상기 적어도 하나, 본 실시예의 경우, 복수 개의 배터리 셀들(100)을 지지할 수 있다. 이러한 상기 케이스 본체(210)은, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)을 커버할 수도 있다.
상기 전방 커버(230)는, 상기 케이스 본체(210)와 연결되며, 상기 케이스 본체(210)의 전방을 커버할 수 있다. 이러한 상기 전방 커버(230)에는, 냉각 공기 공급부(235)가 구비될 수 있다.
상기 냉각 공기 공급부(235)는, 상기 모듈 케이스(200)의 전방에 배치되며, 상기 배터리 셀들(100)의 냉각을 위해 상기 배터리 모듈(10)의 상기 모듈 케이스(200) 내부로 냉각 공기를 공급할 수 있다.
상기 후방 커버(250)는, 상기 전방 커버(230)의 반대편에서 상기 케이스 본체(210)와 연결되며, 상기 케이스 본체(210)의 후방을 커버할 수 있다. 이러한 상기 후방 커버(250)에는, 냉각 공기 배출부(255)가 구비될 수 있다.
상기 냉각 공기 배출부(255)는 상기 모듈 케이스(200)의 후방에 배치되며, 상기 냉각 공급 공급부(235)와 대각선으로 배치될 수 있다. 이러한 상기 냉각 공기 배출부(255)는 상기 모듈 케이스(200) 내부에서 상기 배터리 셀들(100)을 냉각한 공기를 상기 모듈 케이스(200) 밖으로 내보낼 수 있다.
상기 사이드 플레이트(270)는, 상기 전방 커버(230)와 상기 후방 커버(250) 사이에 배치되며, 한 쌍으로 구비될 수 있다. 상기 한 쌍의 사이드 플레이트(270)는, 상기 케이스 본체(210), 상기 전방 커버(230) 및 상기 후방 커버(250)와 연결되어 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)을 패키징할 수 있다.
이러한 상기 한 쌍의 사이드 플레이트(270) 중 적어도 하나에는, 상기 소화제 공급 유로(300)가 마련될 수 있다. 상기 소화제 공급 유로(300)가 마련되는 사이드 플레이트(270)의 후방에는 상기 소화제 공급 유로(300)와 상기 소화제 공급 파이프(70)의 연결을 위한 연결홀(275)이 구비될 수 있다.
상기 소화제 공급 유로(300)는, 상기 사이드 플레이트(270)의 길이 방향을 따라 길게 형성되며, 상기 사이드 플레이트(270) 내부에 상기 소화제(W)가 채워질 수 있는 소정 공간을 가질 수 있다. 이러한 상기 소화제 공급 유로(300)는 상기 연결홀(275)을 통해 상기 소화제 공급 파이프(70)와 연통될 수 있다.
상기 소화제 공급 유로(300)가 마련되는 상기 사이드 플레이트(270)에는, 소화제 분사부(400)가 구비될 수 있다.
상기 소화제 분사부(400)는, 상기 열폭주나 화재 발생 시 상기 소화제 공급 유로(300) 내의 소화제(W)를 상기 적어도 하나의 배터리 셀(100) 측으로 보다 더 효과적으로 분사하기 위한 것으로서, 상기 사이드 플레이트(270)의 내벽에 구비될 수 있다.
구체적으로, 상기 소화제 분사부(400)는, 상기 모듈 케이스(200) 내부에서, 상기 적어도 하나의 배터리 셀(100)을 마주 하는 상기 소화제 공급 유로(300)가 마련되는 사이드 플레이트(270)의 내벽에 마련될 수 있다.
더 구체적으로, 상기 소화제 분사부(400)는, 상기 모듈 케이스(200)의 길이 방향에서 상기 소화제 공급 유로(300)가 마련되는 사이드 플레이트(270)의 내벽 중앙에 구비될 수 있다.
이러한 상기 소화제 분사부(400)는, 분사부 본체(410), 벌브 지지부(430) 및 유리 벌브(450)를 포함할 수 있다.
상기 분사부 본체(410)는, 상기 소화제 공급 유로(300)와 연통되게 상기 사이드 플레이트(270)의 내벽 중앙에 구비될 수 있다. 이러한 상기 분사부 본체(410)에는 상기 소화제의 분사를 위한 분사홀(415)이 구비될 수 있다.
상기 분사홀(415)은, 상기 소화제의 분사를 위한 것으로서, 상기 소화제 공급 유로(300)와 연통될 수 있다. 이러한 상기 분사홀(415)은 개방 시 상기 소화제를 외부로 분사할 수 있다.
상기 벌브 지지부(430)는, 상기 분사부 본체(410)와 소정 거리 이격 배치되게 상기 사이드 플레이트(270)의 내벽 중앙에 구비될 수 있다. 이러한 상기 벌브 지지부(430)는, 상기 분사부 본체(410)와 함께 상기 유리 벌브(333)를 보다 더 안정적으로 지지할 수 있다.
상기 유리 벌브(450)는, 상기 소화제 공급 유로(300)를 밀폐하도록 구성되되 상기 모듈 케이스(200) 내부가 소정 온도 이상의 내부 가스에 노출될 경우, 적어도 일부분이 파손되어 상기 소화제 공급 유로(300)를 개방시켜 상기 소화제를 상기 소화제 분사부(400) 밖으로 안내하도록 구성될 수 있다.
이러한 상기 유리 벌브(450)는, 내부에 소정의 액체나 기체 등의 소정 물질이 채워져 있다. 이러한 소정 물질은, 온도가 상승할수록 부피가 커지는 성질을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 유리 벌브(450)는, 소정 온도, 예로써, 섭씨 70도 내지 100도 이상에서 상기 소정 물질의 부피 팽창에 의해 깨지거나, 용융되거나 또는 상기 분사부 본체(410)로부터 이탈되어 상기 분사홀(415)을 개방할 수 있다.
이하에서는, 이러한 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(10)의 화재 상황 발생 등의 이상 상황 발생 시, 소화제 주입 매커니즘에 대해 보다 더 자세히 살펴 본다.
도 8 내지 도 10은 도 1의 배터리 모듈의 화재나 열폭주 상황 발생 시 모듈 케이스 내부의 소화제 주입 매커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 상기 배터리 모듈(10)의 모듈 케이스(200) 내부의 배터리 셀들(100)에서, 적어도 하나의 배터리 셀(100)의 이상 상황에 따라, 과열 등으로 인한 화재 상황 또는 열폭주 상황이 발생될 수 있다. 이러한 화재 상황이나 열폭주 상황 발생 시, 과열된 배터리 셀(100)로 인해 상기 모듈 케이스(200) 내부에는 고온의 가스(G)가 발생될 수 있다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 상기 고온의 가스(G)에 의해, 상기 소화제 분사부(400)의 상기 유리 벌브(450)가 깨지거나, 또는 용융되거나, 또는, 이탈되어, 상기 소화제(W)를 분사할 수 있는 상기 분사홀(415)이 개방될 수 있다.
상기 분사홀(415)의 개방에 따라, 상기 소화제 공급 유로(300) 내부의 상기 소화제(W), 즉, 물(W)이 상기 분사홀(415)을 통해 상기 배터리 셀들(100) 측으로 즉각적이고 직접적으로 분사될 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서는, 상기 배터리 모듈(10)의 화재 상황이나 열폭주 상황 발생 시, 상기 모듈 케이스(200)의 상기 사이드 플레이트(270)에 구비되는 상기 소화제 공급 유로(300) 및 상기 소화제 분사부(400)을 통해 상기 모듈 케이스(200) 내부에서 상기 배터리 셀들(100) 측으로의 즉각적이며 직접적인 소화 주수가 수행되기에, 보다 더 빠르게 신속하게 화재 상황이나 열폭주 상황을 초기 진압할 수 있다.
그러므로, 본 실시예에서는, 이러한 화재 상황이나 열폭주 상황의 신속한 초기 진압을 통해, 인접한 배터리 셀들(100)로의 열 또는 화염이 전달에 따른 2차 폭발 등의 위험 상황 발생을 보다 더 효과적으로 미연에 방지할 수 있다.
도 11은 도 4의 배터리 모듈의 다른 실시예에 따른 소화제 분사부를 설명하기 위한 도면이다.
도 11을 참조하면, 소화제 분사부(405)는, 복수 개로 구비될 수 있다. 상기 복수 개의 소화제 분사부(405)는, 상기 모듈 케이스(200)의 길이 방향, 구체적으로, 상기 사이드 플레이트(270)의 길이 방향을 따라 상호 소정 거리 이격 배치될 수 있다.
본 실시예의 경우, 상기 소화제 분사부(405)가 복수 개로 구비되기에, 상기 열폭주나 화재 상황 발생 시 보다 더 신속하게 이러한 화재 등을 상황을 진압할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙을 설명하기 위한 도면이다.
도 12를 참조하면, 배터리 랙(1)은, 앞선 실시예의 상기 복수 개의 배터리 모듈(10), 상기 복수 개의 배터리 모듈(10)을 수용하는 랙 케이스(50) 및 상기 복수 개의 배터리 모듈(10)과 연결되는 소화제 공급 파이프(70)를 포함할 수 있다.
상기 소화제 공급 파이프(70)는 상기 소화 유닛(300)과 후술하는 소화 탱크 유닛(T, 도 13 참조)과 연통되어, 상기 복수 개의 배터리 모듈(10) 중 적어도 하나의 화재 상황 등의 이상 상황 발생 시 상기 소화 탱크 유닛(T)의 소화제의 상기 이상 상황이 발생된 배터리 모듈(10) 측으로의 공급을 가이드 할 수 있다.
본 실시예에 따른 상기 배터리 랙(1)은, 앞선 실시예의 상기 배터리 모듈(10)을 포함하기에, 앞선 실시예의 상기 배터리 모듈(10)의 장점을 모두 포함하는 배터리 랙(1)을 제공할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 13을 참조하면, 전력 저장 장치(E)는, 에너지원으로서, 가정용 또는 산업용으로 이용될 수 있다. 이러한 상기 전력 저장 장치(E)는, 앞선 실시예의 적어도 하나, 본 실시예의 경우, 복수 개의 배터리 랙(1) 및 상기 복수 개의 배터리 랙(1)을 수용하는 랙 컨테이너(C)를 포함할 수 있다.
상기 랙 컨테이너(C)에는 상기 복수 개의 배터리 랙(1)으로 소화제를 공급하는 소화 탱크 유닛(T)이 구비될 수 있다. 상기 소화 탱크 유닛(T) 내에는, 상기 소화제, 즉, 물로 마련되는 소화수가 채워져 있다. 이러한 상기 소화 탱크 유닛(T)은, 상기 복수 개의 배터리 랙(1)과 상기 소화제 공급 파이프(70)를 통해 연결되어, 상기 복수 개의 배터리 랙(1) 측으로 소화수를 공급할 수 있다.
본 실시예에 따른 상기 전력 저장 장치(E)는, 앞선 실시예의 상기 배터리 랙(1)을 포함하기에, 앞선 실시예의 상기 배터리 랙(1)의 장점을 모두 포함하는 전력 저장 장치(E)를 제공할 수 있다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 배터리 모듈(10) 내부의 열폭주나 화재 발생 시, 보다 신속하게 열폭주나 화재를 초기에 진압할 수 있는 배터리 모듈(10), 이러한 배터리 모듈(10)을 포함하는 배터리 랙(1) 및 이러한 배터리 랙(1)을 포함하는 전력 저장 장치(E)를 제공할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.

Claims (10)

  1. 배터리 모듈에 있어서,
    적어도 하나의 배터리 셀; 및
    상기 적어도 하나의 배터리 셀을 수용하는 모듈 케이스;를 포함하며,
    상기 모듈 케이스의 적어도 일측 내부에는,
    소화제를 구비하는 소화 탱크 유닛과 연결되어 상기 적어도 하나의 배터리 셀의 열 폭주나 화재 발생 시, 상기 모듈 케이스 내부에 상기 소화제를 직접적으로 분사시키는 소화제 공급 유로;가 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모듈 케이스는,
    상기 적어도 하나의 배터리 셀을 지지하는 케이스 본체;
    상기 케이스 본체와 연결되는 전방 커버;
    상기 전방 커버와 반대편에서 상기 케이스 본체와 연결되는 후방 커버; 및
    상기 전방 커버와 상기 후방 커버 사이에 배치되는 한 쌍의 사이드 플레이트;를 포함하며,
    상기 소화제 공급 유로는,
    상기 한 쌍의 사이드 플레이트 중 적어도 하나에 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 소화제 공급 유로가 마련되는 사이드 플레이트에는,
    상기 열폭주나 화재 발생 시 상기 소화제 공급 유로 내의 소화제를 상기 적어도 하나의 배터리 셀 측으로 분사하기 위한 소화제 분사부;가 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 소화제 분사부에는,
    상기 소화제 공급 유로를 밀폐하도록 구성되되 상기 모듈 케이스 내부가 소정 온도 이상의 내부 가스에 노출될 경우, 적어도 일부분이 파손되어 상기 소화제 공급 유로를 개방시켜 상기 소화제를 상기 소화제 분사부 밖으로 안내하도록 구성된 유리 벌브;가 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 소화제 분사부는,
    상기 모듈 케이스 내부에서, 상기 적어도 하나의 배터리 셀을 마주 하는 상기 소화제 공급 유로가 마련되는 사이드 플레이트의 내벽에 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 소화제 분사부는,
    상기 모듈 케이스의 길이 방향에서, 상기 소화제 공급 유로가 마련되는 사이드 플레이트의 내벽 중앙에 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 소화제 분사부는,
    복수 개로 구비되며,
    상기 복수 개의 상기 소화제 분사부는,
    상기 모듈 케이스의 길이 방향에서, 상호 소정 거리 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 소화제는,
    물로 구비되는 소화수인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제1항에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈; 및
    상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 수용하는 랙 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  10. 제9항에 따른 적어도 하나의 배터리 랙;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 장치.
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