WO2022075620A1 - 배터리 모듈, 배터리 랙, 및 전력 저장 장치 - Google Patents

배터리 모듈, 배터리 랙, 및 전력 저장 장치 Download PDF

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plate
insulating plate
cell assembly
wall
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유재민
김승준
신은규
조영범
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주식회사 엘지에너지솔루션
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Definitions

  • the present invention relates to a battery module, a battery rack, and a power storage device, and more particularly, to a battery module capable of preventing the fire from increasing in scale and preventing an electrical short due to condensation when a fire occurs.
  • lithium secondary batteries have almost no memory effect compared to nickel-based secondary batteries, so charging and discharging are free, The self-discharge rate is very low and the energy density is high, attracting attention.
  • Such a lithium secondary battery mainly uses 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.
  • an electric short circuit or spark could be discharged through a hole drilled in a fire. Due to the emitted spark, there was a risk of fire in other battery modules or other structures adjacent to the battery module.
  • a high current may flow to other battery modules through the housing structure, causing gas insulation breakdown (spark) between the components of the other battery modules to cause a secondary fire. or a secondary explosion could occur.
  • an object of the present invention is to provide a battery module capable of preventing the fire from increasing in scale and preventing an electric short due to dew condensation when a fire occurs.
  • the battery module according to the present invention for achieving the above object,
  • a cell assembly having a plurality of battery cells
  • a front cover having an upper wall, a lower wall, a left wall, and a right wall defining an interior space
  • module case accommodating the cell assembly in the internal space and coupled to the front cover, the module case having a cover part that protrudes to face at least one of the upper wall, the lower wall, the left wall, and the right wall.
  • an upper duct formed on the upper end of the front cover and configured to introduce outside air into the module case
  • the module case is
  • an upper plate positioned above the cell assembly and having a first cover part protruding from an end to face the inner surface of the upper duct;
  • a lower plate positioned under the cell assembly, configured to be coupled to the upper plate, and provided with a second cover part protruding from an end to face the inner surface of the lower duct.
  • the first cover part includes a body part and a bent part bent and extended from the body part so as to be in close contact with at least two of the upper surface, the lower surface, the left surface, and the right surface of the upper duct,
  • the second cover part may include a body part and a bent part bent and extended from the body part so as to be in close contact with at least two of an upper surface, a lower surface, a left surface, and a right surface of the lower duct.
  • a first insulating plate having electrical insulation properties interposed between the upper plate and the cell assembly, and extending to cover an upper surface of the cell assembly;
  • a second insulating plate having electrical insulation properties, interposed between the lower plate and the cell assembly, and extending to cover a lower surface of the cell assembly may be further included.
  • the first insulating plate is provided with a first protection portion that protrudes from the end to face the inner surface of the upper duct,
  • the second insulating plate may include a second protection part protruding from an end to face the inner surface of the lower duct.
  • a sealing member configured to seal the duct by expanding in volume at a predetermined temperature or higher may be further provided in each of the first and second protection units.
  • a partition wall portion that is always bent from the outer peripheral end toward the cell assembly and extends along the outer peripheral portion may be provided.
  • At least a portion of the second insulating plate may have an inclined surface.
  • a discharge port configured to discharge the fluid flowing along the inclined surface to the outside may be provided.
  • the battery rack according to the present invention for achieving the above object includes at least one or more of the battery module.
  • the power storage device for achieving the above object includes at least one or more of the battery module.
  • the present invention is provided with a cover part in the module case, so that when a fire occurs inside the battery module, it faces at least one of the upper wall, the lower wall, the left wall, and the right wall of the front cover.
  • a double layer can be formed by the cover part being used, and it is possible to prevent perforation by a flame in at least any one of the upper wall, the lower wall, the left wall, and the right wall of the front cover. Accordingly, the battery module of the present invention can greatly increase safety against fire.
  • the present invention further includes a first insulating plate and a second insulating plate, so that when the module case is in use, dew condensation occurs depending on the difference between the internal and external temperature, It is possible to prevent the water formed by the condensation from forming an electric current path between the upper plate or the lower plate and the cell assembly. That is, even if water accumulates inside the module case, since it is accommodated in the inner surface of the first insulating plate or the second insulating plate, it is possible to prevent water from coming into contact with the upper plate or the lower plate. Accordingly, it is possible to effectively prevent an electric short circuit, an electric short circuit, or an electric short circuit due to the dew condensation of the battery module.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view schematically illustrating a state in which components of a battery module are separated according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view schematically illustrating a state of a cell assembly of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a rear perspective view schematically illustrating a state of a front cover of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a partial vertical cross-sectional view schematically illustrating an internal state of the battery module of FIG. 1 .
  • FIG. 6 is a perspective view schematically illustrating an upper plate of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view schematically illustrating a second insulating plate of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view schematically illustrating a second insulating plate of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is an exploded perspective view schematically illustrating a state in which components of a battery module are separated according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view schematically illustrating a state of a cell assembly of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • the front-back direction is shown as the Y-direction, the left-right direction as the X-direction, and the vertical direction as the Z-direction.
  • the battery module 100 of the present invention includes a cell assembly 110 having a plurality of battery cells 111 , a front cover 140 , and a module case 120 .
  • the cell assembly 110 may include a plurality of battery cells 111 stacked on each other in the front-rear direction. As shown in FIG. 3 , the cell assembly 110 may include six pouch battery cells 111 . As shown in FIG. 2 , the battery module 100 may include seven cell assemblies 110 .
  • the battery cell 111 may be a pouch-type battery cell 111 .
  • the cell assembly 110 may be configured in a form in which a plurality of pouch-type battery cells 111 are stacked side by side in the front-rear direction (Y direction).
  • the pouch-type battery cell 111 may include an electrode assembly (not shown), an electrolyte (not shown), and a pouch 111c.
  • the positive electrode lead 111a and the negative electrode lead 111b may be formed at left and right ends in opposite directions (X direction) with respect to the center of the battery cell 111 . . That is, the positive lead 111a may be provided at one end with respect to the center of the battery cell 111 . In addition, the negative lead 111b may be provided at the other end with respect to the center of the battery cell 111 .
  • the battery module 100 according to the present invention is not limited to the aforementioned pouch-type battery cell 111 , and various battery cells 111 known at the time of filing of the present invention may be employed.
  • a bus bar (not shown) electrically connecting the plurality of battery cells 111 may be provided at each of the left and right sides of the cell assembly 110 .
  • the bus bar may include, for example, a metal such as aluminum, copper, or nickel.
  • the bus bar may be configured to contact the positive terminal 111a or the negative terminal 111b of each of the plurality of battery cells 111 .
  • the module case 120 may have an internal space to accommodate the cell assembly 110 therein.
  • the module case 120 may include an upper plate 121 , a lower plate 122 , a front plate 123 , and a rear plate 124 .
  • Each of the upper plate 121 , the lower plate 122 , the front plate 123 , and the rear plate 124 may include steel, an aluminum alloy, or a stainless steel material.
  • the lower plate 122 may have an area larger than the size of the lower surface of the at least one cell assembly 110 to mount the at least one cell assembly 110 thereon.
  • the lower plate 122 may have a plate shape extending in a horizontal direction.
  • the upper plate 121 may include a top portion 121a and a side portion 121b.
  • the top portion 121a may have a plate shape extending in a horizontal direction to cover an upper portion of the cell assembly 110 .
  • the side portion 121b may have a plate shape extending downward from both ends of the top portion 121a in the left and right directions to cover both sides of the cell assembly 110 in the left and right directions.
  • the side portion 121b may be coupled to a portion of the lower plate 122 .
  • the upper plate 121 may include a top portion 121a having a plate shape extending in the front and rear left and right directions.
  • the upper plate 121 may include two side portions 121b extending downward from both ends of the top portion 121a in the left and right directions, respectively. Furthermore, the lower end of each of the two side portions 121b may be configured to be coupled to both ends of the lower plate 122 in the left and right directions.
  • the coupling method may be a male-female coupling method or a welding coupling method.
  • the front plate 123 may be configured to cover the front of the cell assembly 110 .
  • the front plate 123 may have a plate shape having a size larger than the size of the front surface of the battery cell 111 .
  • the plate shape may be erected in a vertical direction.
  • a portion of the outer periphery of the front plate 123 may be coupled to the lower plate 122 .
  • the lower portion of the outer periphery of the front plate 123 may be coupled to the front end of the lower plate 122 .
  • the upper portion of the outer periphery of the front plate 123 may be coupled to the front end of the upper plate 121 .
  • the coupling method bolt coupling may be applied.
  • the rear plate 124 may be configured to cover the rear of the cell assembly 110 .
  • the rear plate 124 may have a plate shape having a size larger than that of the rear surface of the battery cell 111 .
  • a portion of the outer periphery of the rear plate 124 may be coupled to the lower plate 122 .
  • the lower portion of the outer periphery of the rear plate 124 may be coupled to the front end of the lower plate 122 .
  • the upper portion of the outer periphery of the rear plate 124 may be coupled to the rear end of the upper plate 121 .
  • bolt coupling may be applied.
  • the rear plate 124 may be provided with an outlet (H) formed to allow outside air to flow in or to let inside air out to the outside.
  • the module case 120 may be made of steel having excellent mechanical rigidity or a stainless steel material.
  • FIG. 4 is a rear perspective view schematically illustrating a state of a front cover of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • the front cover 140 includes an upper wall 140a, a lower wall 140b, a left wall 140c, and a right wall 140d that form an inner space.
  • the front cover 140 may be coupled to the front end of the module case 120 .
  • the front cover 140 may be coupled to the front plate 123 of the module case 120 .
  • the front cover 140 may be provided with an electrically insulating material.
  • the front cover 140 may be made of a polyvinyl chloride material.
  • the module case 120 has a cover part 125 that protrudes to face at least one of the upper wall 140a, the lower wall 140b, the left wall 140c, and the right wall 140d. can be provided.
  • the front end surface of the upper plate 121 of the module case 120 has two covers protruding toward the front cover 140 .
  • a portion 125a may be provided.
  • Two cover parts 125b protruding toward the front cover 140 may also be provided on the front end surface of the lower plate 122 .
  • the present invention by providing the cover part 125 , when a fire occurs inside the battery module 100 , the upper wall 140a and the lower wall of the front cover 140 .
  • a double layer can be formed by the cover part 125 facing at least one of 140b, the left wall 140c, and the right wall 140d, so that the upper wall 140a of the front cover 140 is ), the lower wall (140b), the left wall (140c), and at least one of the right wall (140d) can be prevented from being perforated by a flame. Accordingly, the present invention can greatly increase the safety against fire.
  • FIG. 5 is a partial vertical cross-sectional view schematically illustrating an internal view of the battery module of FIG. 1 taken along line C-C'.
  • the front cover 140 of the battery module 100 includes an upper duct 141 and a lower duct 142 .
  • the upper duct 141 may be formed on the upper end of the front cover 140 , and may be configured to introduce external air into the module case 120 .
  • the upper duct 141 may have a rectangular tube shape with a portion extending in the front-rear direction.
  • the ceiling inside the upper duct 141 may be the upper wall 140a of the front cover 140 .
  • the lower duct 142 may be formed at the lower end of the front cover 140 , and may be configured to introduce external air into the module case 120 .
  • the lower duct 142 may have a rectangular tubular shape in which a portion extends in the front-rear direction.
  • the inner bottom of the lower duct 142 may be a lower wall 140b of the front cover 140 .
  • the module case 120 may include an upper plate 121 positioned above the cell assembly 110 and a lower plate 122 positioned under the cell assembly 110 .
  • the upper plate 121 may include a first cover part 125a.
  • the first cover part 125a may protrude from an end to face the inner surface of the upper duct 141 .
  • the first cover part 125a may be configured to face the ceiling (upper wall, 141a) inside the upper duct 141 .
  • the lower plate 122 may include a second cover portion 125b.
  • the second cover part 125b may protrude from an end to face the inner surface of the lower duct 142 .
  • the second cover part 125b may be configured to face the inner bottom (lower wall, 142b) of the lower duct 142 .
  • each of the upper duct 141 and the lower duct 142 may be configured to communicate with the blowing fan 143 .
  • the blowing fan 143 may be configured to transfer external air into the module case 120 .
  • the front cover 140 may include an external terminal (not shown) for electrical connection between the battery module 100 and an external device, and a single cover 144 accommodating the external terminal.
  • the present invention the first cover portion 125a configured to face the inner surfaces of each of the upper duct 141 and the lower duct 142 of the front cover 140, and the second
  • a double layer can be formed by the first cover part 125a or the second cover part 125b.
  • FIG. 6 is a perspective view schematically illustrating an upper plate of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • the upper plate 121 of the battery module 100 may further include a bent portion 125a2 when compared to the upper plate 121 of FIG. 2 . there is. Other than that, other components may be the same.
  • the first cover portion 125a of the upper plate 121 may be configured to be in close contact with at least two of the upper surface, the lower surface, the left surface, and the right surface of the upper duct 141 .
  • the first cover part 125a may include a body part 125a1 and a bent part 125a2 .
  • the body portion 125a1 may be configured to be in close contact with the upper surface of the upper duct 141 .
  • the bent portion 125a2 may be configured to be in close contact with the left or right side of the upper duct 141 .
  • the body portion 125a1 may have a plate shape protruding toward the upper duct 141 .
  • the bent portion 125a2 may be bent downwardly from the left or right end of the main body 125a1 and may have a downwardly extending shape.
  • the second cover part 125b of the lower plate 122 also faces the inner surface of the lower duct 142 like the first cover part 125a of the upper plate 121 . It may include a body portion and a bent portion.
  • the present invention is provided with a main body portion 125a1 and a bent portion 125a2 in each of the first cover portion 125a and the second cover portion 125b, thereby providing the battery module 100 ), the upper, lower, and left surfaces of the upper duct 141 and the lower duct 142 by the first cover part 125a or the second cover part 125b when a fire occurs inside the , and at least two or more of the right side can be prevented from being perforated by the flame. Accordingly, the present invention can greatly increase the safety against fire.
  • the module case 120 may further include a first insulating plate 131 and a second insulating plate 132 .
  • the first insulating plate 131 and the second insulating plate 132 may have electrical insulation properties.
  • the first insulating plate 131 may be made of polyethylene terephthalate, polyvinyl chloride, or a silicone material.
  • the first insulating plate 131 may be interposed between the upper plate 121 and the cell assembly 110 .
  • the first insulating plate 131 may extend in a horizontal direction to cover the upper surface of the cell assembly 110 .
  • the first insulating plate 131 may have a size corresponding to the upper surface of the cell assembly 110 .
  • the second insulating plate 132 may be interposed between the lower plate 122 and the cell assembly 110 .
  • the second insulating plate 132 may extend in a horizontal direction to cover a lower surface of the cell assembly 110 .
  • the second insulating plate 132 may have a size corresponding to the lower surface of the cell assembly 110 .
  • the present invention further includes a first insulating plate 131 and a second insulating plate 132, so that the module case 120 is protected from the temperature difference between the inside and the outside during use. Accordingly, when dew condensation occurs, it is possible to prevent the water formed by the dew from forming a conduction path between the upper plate 121 or the lower plate 122 and the cell assembly 110 . That is, even if water accumulates in the module case 120 , since it is accommodated in the inner surface of the first insulating plate 131 or the second insulating plate 132 , the water is stored in the upper plate 121 or the lower part of the module case 120 . It is possible to prevent contact with the plate 122 . Accordingly, it is possible to effectively prevent an electric short circuit, an electric short circuit, or an electric short circuit due to the dew condensation of the battery module 100 from occurring.
  • the first insulating plate 131 of the present invention may include a first protection part 133a.
  • the first protection part 133a may have a shape that protrudes from an end to face the inner surface of the upper duct 141 .
  • the first protection part 133a may be configured to face the inner ceiling surface of the upper duct 141 .
  • the first protection part 133a may be located under the first cover part 125a. That is, the first protection part 133a may form a three-layer structure together with the upper wall 140a of the front cover 140 and the first cover part 125a.
  • the second insulating plate 132 of the present invention may include a second protection part 133b.
  • the second protection part 133b may have a shape that protrudes from an end to face the inner surface of the lower duct 142 .
  • the second protection part 133b may be configured to face the inner bottom surface of the lower duct 142 .
  • the second protection part 133b may be positioned above the second cover part 125b. That is, the second protection part 133b may form a three-layer structure together with the lower wall 140b of the front cover 140 and the second cover part 125b.
  • each of the first insulating plate 131 and the second insulating plate 132 includes a first protection part 133a and a second protection part 133b, so that , a bar having a three-layer structure can be formed, and when a fire occurs inside the battery module 100, by the three-layer structure, the inner surfaces of the upper duct 141 and the lower duct 142 are It can prevent puncture by flame. Accordingly, the present invention can greatly increase the safety against fire.
  • FIG. 7 is a perspective view schematically illustrating a second insulating plate of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • each of the first insulating plate 131 and the second insulating plate 132 of the battery module 100 according to another embodiment of the present invention is compared with the battery module 100 of FIG. 2 .
  • the sealing member 150 may be further provided.
  • the sealing member 150 may be configured to expand in volume above a predetermined temperature to seal the upper duct 141 or the lower duct 142 .
  • the predetermined temperature may be 200 degrees Celsius or more.
  • the sealing member 150 may prevent the flame, smoke, and high-temperature gas from leaking out through the upper duct 141 or the lower duct 142 .
  • the sealing member 150 may have heat insulating properties.
  • At least a portion of the sealing member 150 may be, for example, a material manufactured by Saint-Gobain's FS1000.
  • the sealing member 150 may include graphite flakes that expand in volume at a predetermined temperature.
  • the central portion of the sealing member 150 is heated to 200 degrees Celsius or more, the central portion is carbonized to generate a carbonized layer in which volume expansion occurs.
  • the sealing member 150 may be disposed on the second protection part 133b of the second insulating plate 132 .
  • the sealing member 150 may be disposed on the first protection part 133a of the first insulating plate 131 .
  • the present invention includes the sealing member 150 configured to expand and seal the volume above a predetermined temperature, so that when a fire or thermal runaway of the cell assembly 110 occurs, high-temperature
  • the volume of the sealing member 150 is expanded by gas or air, and the volume-expanded sealing member 150 can seal the upper duct 141 or the lower duct 142, so that outside air is the module. It can be prevented from flowing into the case 120 any more. Accordingly, the module case 120 sealed from the outside may prevent the fire of the cell assembly 110 from further spreading and ultimately induce natural fire extinguishing.
  • each of the first insulating plate 131 or the second insulating plate 132 of the present invention may include a partition wall portion W.
  • the partition wall portion W may have a shape bent toward the cell assembly 110 from the outer peripheral end.
  • the partition wall portion W may extend along an outer periphery of the first insulating plate 131 or the second insulating plate 132 .
  • the second insulating plate 132 may include a partition wall portion W extending along the outer periphery and protruding upward to a predetermined height.
  • each of the first insulating plate 131 and the second insulating plate 132 of the present invention includes the partition wall portion W, so that by the partition wall portion W, the When dew condensation occurs inside the module case 120 due to a temperature difference between the outside and the inside, the generated water may be provided to be accommodated in the first insulating plate 131 or the second insulating plate 132 . . That is, it is possible to prevent the water accommodated in the inner surface of the first insulating plate 131 or the second insulating plate 132 from moving to the outer periphery and flowing into the upper plate 121 or the lower plate 122 . there is. Accordingly, it is possible to effectively prevent an electric short circuit, an electric short circuit, or an electric short circuit due to the dew condensation of the battery module 100 from occurring.
  • FIG. 8 is a perspective view schematically illustrating a second insulating plate of a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • the second insulating plate 132 of the battery module 100 is inclined when compared to the second insulating plate 132 of FIG. 2 . It may further have a surface 132c.
  • the second insulating plate 132 may have an inclined surface having a low center in the left and right directions and a gradually increasing height toward the left and right ends.
  • the inclined surface may have an angle of 1 to 5 degrees with respect to the ground.
  • the second insulating plate 132 of the present invention has an inclined surface 132c, so that condensation is generated inside the module case 120 due to the temperature difference between the outside and the inside. is generated, the generated water may be collected in the center of the second insulating plate 132 . That is, the second insulating plate 132 may prevent the water collected on the inner surface from moving to the outer periphery and flowing into the upper plate 121 or the lower plate 122 . Accordingly, it is possible to effectively prevent an electric short circuit, an electric short circuit, or an electric short circuit due to the dew condensation of the battery module 100 from occurring.
  • the second insulating plate 132 of the battery module 100 has a discharge port when compared with the second insulating plate 132 of FIG. 2 .
  • (135) may be further provided.
  • the discharge port 135 may be configured to discharge the fluid to the outside.
  • the second insulating plate 132 shown in FIG. 8 may be configured such that water flowing along the inclined surface 132c is discharged to the outside by the discharge port 135 .
  • a portion of the partition wall of the second insulating plate 132 may be formed with an opening T to communicate with the discharge port 135 .
  • the discharge port 135 is provided on the second insulating plate 132 , dew condensation may occur inside the module case 120 due to the temperature difference between the outside and the inside.
  • the generated water may be collected at the center of the second insulating plate 132 along the inclined surface 132c, and the water collected at the center may be discharged to the outside through the discharge port 135 again. Accordingly, it is possible to effectively prevent an electric short circuit, an electric short circuit, or an electric short circuit due to the dew condensation of the battery module 100 from occurring.
  • the battery module 100 may include at least one or more.
  • the battery rack may include a rack case for accommodating the battery module 100 .
  • the battery rack may further include a battery management system (BMS) for performing charge and discharge control of the plurality of battery modules (100).
  • BMS battery management system
  • the power storage device (not shown) according to the present invention may include one or more battery modules 100 according to the present invention described above.
  • the power storage device may include a plurality of battery modules 100 according to the present invention. And, these multi-level battery modules 100 may be electrically connected to each other.
  • the power storage device according to the present invention may be implemented in various forms, such as a smart grid system or an electric charging station.
  • 121, 122, 123, 124 top plate, bottom plate, front plate, rear plate
  • 131, 132 first insulating plate, second insulating plate
  • 140a, 140b, 140c, 140d upper wall, lower wall, left wall, right wall
  • 125, 125a, 125b cover part, first cover part, second cover part
  • 133a, 133b a first protection unit, a second protection unit
  • sealing member W bulkhead portion
  • 125a1, 125a2 body part, bent part

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Abstract

본 발명은 화재 발생시, 화재 규모가 커지는 것을 막고, 결로에 의한 전기 합선을 방지할 수 있는 배터리 모듈을 개시한다. 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 배터리 모듈은, 복수의 전지셀을 가진 셀 어셈블리, 내부 공간을 형성하는 상벽, 하벽, 좌측벽, 및 우측벽을 구비한 전방 커버, 및 셀 어셈블리를 내부 공간에 수용하고 전방 커버와 결합되며, 일부분이 상벽, 하벽, 좌측벽, 및 우측벽 중 적어도 어느 하나와 대면하도록 돌출된 커버부가 구비된 모듈 케이스를 포함한다.

Description

배터리 모듈, 배터리 랙, 및 전력 저장 장치
본 발명은 배터리 모듈, 배터리 랙, 및 전력 저장 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 화재 발생시, 화재 규모가 커지는 것을 막고, 결로에 의한 전기 합선을 방지할 수 있는 배터리 모듈에 관한 것이다.
본 출원은 2020년 10월 8일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제 10-2020-0130506호에 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 이차전지, 및 이러한 이차전지를 내부에 수용한 모듈 하우징을 구비한 배터리 모듈에 대한 수요가 증가하고 있다.
그러나, 종래기술의 배터리 모듈은, 내부에 구비된 복수의 이차전지 중, 일부가 발화 내지 폭발할 경우, 복수의 이차전지 사이로 열 또는 화재가 전파되고, 화염에 의해 배터리 모듈의 일부분이 녹아 천공될 수 있었다. 이러한 천공된 부위를 통해, 배터리 모듈의 외부로 화염이 분출되어, 인접한 다른 배터리 모듈로 불이 옮겨지거나, 외부 공기가 배터리 모듈 내부로 유입되면서 연소를 도와 더 큰 화재로 진행되거나, 2차 폭발 등이 일어나는 경우가 있었다.
더욱이, 종래기술의 배터리 모듈은, 화재로 천공된 구멍을 통해, 전기 누전이나 스파크가 배출될 수 있었다. 배출된 스파크로 인해, 배터리 모듈에 인접한 다른 배터리 모듈이나, 다른 구조물에 화재가 발생될 위험이 있었다. 특히, 배터리 모듈을 수납하는 수납 구조물이 철 소재로 이루어진 경우, 수납 구조물을 통해 다른 배터리 모듈로 고전류가 흐를 수 있어, 다른 배터리 모듈의 구성들 간에 기체절연파괴(스파크)가 발생하여 2차 화재가 내지 2차 폭발이 발생될 수 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 화재 발생시, 화재 규모가 커지는 것을 막고, 결로에 의한 전기 합선을 방지할 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈은,
복수의 전지셀을 가진 셀 어셈블리;
내부 공간을 형성하는 상벽, 하벽, 좌측벽, 및 우측벽을 구비한 전방 커버; 및
상기 셀 어셈블리를 내부 공간에 수용하고 상기 전방 커버와 결합되며, 일부분이 상기 상벽, 하벽, 좌측벽, 및 우측벽 중 적어도 어느 하나와 대면하도록 돌출된 커버부가 구비된 모듈 케이스를 포함한다.
또한, 상기 전방 커버는,
상기 전방 커버의 상단에 형성되고, 외부 공기가 상기 모듈 케이스 내부로 유입되도록 구성된 상부 덕트; 및
상기 전방 커버의 하단에 형성되고, 외부 공기가 상기 모듈 케이스 내부로 유입되도록 구성된 하부 덕트를 구비하고,
상기 모듈 케이스는,
상기 셀 어셈블리의 상부에 위치하고, 상기 상부 덕트의 내측면과 대면하도록 단부로부터 돌출 연장된 제1 커버부를 구비한 상부 플레이트; 및
상기 셀 어셈블리의 하부에 위치하고, 상기 상부 플레이트와 결합되도록 구성되며, 상기 하부 덕트의 내측면과 대면하도록 단부로부터 돌출 연장된 제2 커버부를 구비한 하부 플레이트를 구비할 수 있다.
더욱이, 상기 제1 커버부는, 상기 상부 덕트의 상면, 하면, 좌측면, 및 우측면 중 적어도 둘 이상에 밀착되도록 본체부, 및 상기 본체부로부터 절곡 연장된 절곡부를 구비하고,
상기 제2 커버부는, 상기 하부 덕트의 상면, 하면, 좌측면, 및 우측면 중 적어도 둘 이상에 밀착되도록 본체부, 및 상기 본체부로부터 절곡 연장된 절곡부를 구비할 수 있다.
그리고, 상기 모듈 케이스는,
전기 절연성을 가지고, 상기 상부 플레이트와 상기 셀 어셈블리 사이에 개재되며, 상기 셀 어셈블리를 상부면을 커버하도록 연장된 제1 절연 플레이트; 및
전기 절연성을 가지고, 상기 하부 플레이트와 상기 셀 어셈블리 사이에 개재되며, 상기 셀 어셈블리를 하부면을 커버하도록 연장된 제2 절연 플레이트를 더 구비할 수 있다.
나아가, 상기 제1 절연 플레이트는, 상기 상부 덕트의 내측면과 대면하도록 단부로부터 돌출 연장된 제1 보호부를 구비하고,
상기 제2 절연 플레이트는, 상기 하부 덕트의 내측면과 대면하도록 단부로부터 돌출 연장된 제2 보호부를 구비할 수 있다.
그리고, 상기 제1 절연 플레이트 및 상기 제2 절연 플레이트 각각은,
상기 제1 보호부 및 제2 보호부 각각에 소정 온도 이상에서 부피가 팽창되어 상기 덕트를 밀폐하도록 구성된 밀폐 부재가 더 구비될 수 있다.
나아가, 상기 제1 절연 플레이트 및 상기 제2 절연 플레이트 각각은,
외주변 단부로부터 상시 셀 어셈블리를 향해 절곡되고 외주변부를 따라 연장된 격벽부가 구비될 수 있다.
또한, 상기 제2 절연 플레이트는, 적어도 일부분이 경사진 면을 가질 수 있다.
더욱이, 상기 경사진 면을 따라 흐르는 유체가 외부로 배출되도록 구성된 배출 포트가 구비될 수 있다.
그리고, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 랙은, 상기 배터리 모듈을 적어도 하나 이상 포함한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전력 저장 장치는, 상기 배터리 모듈을 적어도 하나 이상 포함한다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 본 발명은, 모듈 케이스에 커버부를 구비함으로써, 배터리 모듈의 내부에서 화재가 발생될 경우, 전방 커버의 상벽, 하벽, 좌측벽, 및 우측벽 중 적어도 어느 하나와 대면하고 있는 커버부에 의해, 이중층을 형성할 수 있어, 전방 커버의 상벽, 하벽, 좌측벽, 및 우측벽 중 적어도 어느 하나에 화염에 의해 천공되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 배터리 모듈은, 화재에 대한 안전성을 크게 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예의 일측면에 의하면, 본 발명은, 제1 절연 플레이트, 및 제2 절연 플레이트를 더 구비함으로써, 모듈 케이스가 사용 중에 내부와 외부 온도 차이에 따라 결로가 발생될 경우, 결로에 의해 형성된 물이 상부 플레이트 또는 하부 플레이트와 셀 어셈블리 간의 통전 경로를 형성하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 모듈 케이스 내부에 물이 고이더라도, 제1 절연 플레이트 또는 제2 절연 플레이트의 내면에 수용되므로, 물이 상부 플레이트 또는 하부 플레이트와 접촉되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 배터리 모듈의 결로 현상으로 인한 전기 누전, 전기 합선, 또는 전기 단락이 발생되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 안 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성들을 분리시킨 모습을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 셀 어셈블리의 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 전방 커버의 모습을 개략적으로 나타내는 후방 사시도이다.
도 5는, 도 1의 배터리 모듈의 내부 모습을 개략적으로 나타내는 부분 수직 단면도이다.
도 6은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상부 플레이트를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 7은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 제2 절연 플레이트를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 8은, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 제2 절연 플레이트를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
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 안 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 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성들을 분리시킨 모습을 개략적으로 나타내는 분리 사시도이다. 그리고, 도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 셀 어셈블리의 모습을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 참고로, 도 1에서, 전후 방향을 Y 방향으로, 좌우 방향으로 X 방향으로, 상하 방향으로 Z 방향으로 나타냈다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 배터리 모듈(100)은, 복수의 전지셀(111)을 가진 셀 어셈블리(110), 전방 커버(140), 및 모듈 케이스(120)를 포함한다.
여기서, 셀 어셈블리(110)는 전후 방향으로 서로 적층된 복수의 전지셀(111)을 포함할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 셀 어셈블리(110)는 6개의 파우치 전지셀(111)로 구성될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 모듈(100)은, 7개의 셀 어셈블리(110)를 포함할 수 있다.
상기 전지셀(111)은 파우치형 전지셀(111)일 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 셀 어셈블리(110)는 복수의 파우치형 전지셀(111)이 전후 방향(Y 방향)으로 나란하게 상호 적층된 형태로 구성될 수 있다. 특히, 이러한 파우치형 전지셀(111)은, 전극 조립체(도시하지 않음), 전해액(도시하지 않음) 및 파우치(111c)를 구비할 수 있다.
더욱이, 도 3에서와 같이, 상기 양극 리드(111a)와 상기 음극 리드(111b)는, 전지셀(111)의 중심을 기준으로 서로 반대 방향(X 방향)의 좌우 방향의 단부에 형성될 수 있다. 즉, 상기 양극 리드(111a)는 상기 전지셀(111)의 중심을 기준으로 일단부에 구비될 수 있다. 또한, 상기 음극 리드(111b)는 전지셀(111)의 중심을 기준으로 타단부에 구비될 수 있다.
그러나, 본 발명에 따른 배터리 모듈(100)에는, 앞서 설명한 파우치형 전지셀(111)로만 한정되는 것은 아니고 본원발명의 출원 시점에 공지된 다양한 전지셀(111)이 채용될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 모듈(100)은, 상기 복수의 전지셀(111)을 전기적으로 연결하는 버스바(도시하지 않음)가 상기 셀 어셈블리(110)의 좌측부 및 우측부 각각에 구비될 수 있다. 상기 버스바는 예를 들면, 알루미늄, 구리, 니켈 등의 금속을 구비할 수 있다. 상기 버스바는, 상기 복수의 전지셀(111) 각각의 양극 단자(111a) 또는 음극 단자(111b)와 접촉하도록 구성될 수 있다.
한편, 상기 모듈 케이스(120)는, 상기 셀 어셈블리(110)를 내부에 수용하도록 내부 공간이 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 모듈 케이스(120)는, 상부 플레이트(121), 하부 플레이트(122), 전방 플레이트(123), 및 후방 플레이트(124)를 포함할 수 있다. 상기 상부 플레이트(121), 하부 플레이트(122), 전방 플레이트(123), 및 후방 플레이트(124) 각각은, 강철, 알루미늄 합금, 또는 스테인리스 스틸 소재를 구비할 수 있다.
구체적으로, 상기 하부 플레이트(122)는 상기 적어도 하나 이상의 셀 어셈블리(110)를 상부에 탑재하도록 상기 적어도 하나 이상의 셀 어셈블리(110)의 하면 크기보다 큰 면적을 가질 수 있다. 상기 하부 플레이트(122)는 수평 방향으로 연장된 플레이트 형상일 수 있다.
또한, 상기 상부 플레이트(121)는 탑부(121a) 및 사이드부(121b)를 구비할 수 있다. 상기 탑부(121a)는 상기 셀 어셈블리(110)의 상부를 커버하도록 수평 방향으로 연장된 플레이트 형상일 수 있다. 상기 사이드부(121b)는 상기 셀 어셈블리(110)의 좌우 방향의 양 측부를 커버하도록 상기 탑부(121a)의 좌우 방향의 양 단부로부터 하부 방향으로 연장된 플레이트 형상일 수 있다.
그리고, 상기 사이드부(121b)는 상기 하부 플레이트(122)의 일부위와 결합될 수 있다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 상부 플레이트(121)는 전후 좌우 방향으로 연장된 플레이트 형상을 가진 탑부(121a)를 구비할 수 있다.
나아가, 상기 상부 플레이트(121)는 상기 탑부(121a)의 좌우 방향의 양 단부 각각으로부터 하부 방향으로 연장된 2개의 사이드부(121b)가 구비될 수 있다. 나아가, 상기 2개의 사이드부(121b) 각각의 하단부는 상기 하부 플레이트(122)의 좌우 방향의 양 단부와 결합되도록 구성될 수 있다. 이때, 결합 방식은 암수 결합 방식 또는 용접 결합 방식일 수 있다.
더욱이, 상기 전방 플레이트(123)는 상기 셀 어셈블리(110)의 전방을 커버하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 전방 플레이트(123)는 전지셀(111)의 전면의 크기 보다 큰 크기의 플레이트 형상을 가질 수 있다. 상기 플레이트 형상은 상하 방향으로 세워진 형태일 수 있다.
나아가, 상기 전방 플레이트(123)의 외주부의 일부위는 상기 하부 플레이트(122)와 결합될 수 있다. 예를 들면, 상기 전방 플레이트(123)의 외주부의 하측 부위는 상기 하부 플레이트(122)의 전단부와 결합될 수 있다. 나아가, 상기 전방 플레이트(123)의 외주부의 상측 부위는 상기 상부 플레이트(121)의 전단부와 결합될 수 있다. 여기서, 결합 방법은, 볼트 결합이 적용될 수 있다.
또한, 상기 후방 플레이트(124)는 상기 셀 어셈블리(110)의 후방을 커버하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 후방 플레이트(124)는 전지셀(111)의 후면의 크기 보다 큰 크기의 플레이트 형상을 가질 수 있다.
그리고, 상기 후방 플레이트(124)의 외주부의 일부위는 상기 하부 플레이트(122)와 결합될 수 있다. 예를 들면, 상기 후방 플레이트(124)의 외주부의 하측 부위는 상기 하부 플레이트(122)의 전단부와 결합될 수 있다. 나아가, 상기 후방 플레이트(124)의 외주부의 상측 부위는 상기 상부 플레이트(121)의 후단부와 결합될 수 있다. 여기서, 결합 방법은 볼트 결합이 적용될 수 있다. 상기 후방 플레이트(124)에는 외부 공기가 내부로 유입되거나, 내부 공기가 외부로 빠져나가기 위해 형성된 배출구(H)가 형성될 수 있다.
나아가, 상기 모듈 케이스(120)는, 기계적 강성이 우수한 강철, 또는 스테인리스 철 소재를 구비할 수 있다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 전방 커버의 모습을 개략적으로 나타내는 후방 사시도이다.
다시 도 1 및 도 2와 함께 도 4를 참조하면, 상기 전방 커버(140)는, 내부 공간을 형성하는 상벽(140a), 하벽(140b), 좌측벽(140c), 및 우측벽(140d)을 구비할 수 있다. 상기 전방 커버(140)는 상기 모듈 케이스(120)의 전단부와 결합될 수 있다. 예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 전방 커버(140)는, 상기 모듈 케이스(120)의 전방 플레이트(123)와 결합될 수 있다.
더욱이, 상기 전방 커버(140)는 전기 절연성의 소재를 구비할 수 있다. 예를 들면, 상기 전방 커버(140)는, 폴리염화비닐 소재를 구비할 수 있다.
그리고, 상기 모듈 케이스(120)는, 일부분이 상기 상벽(140a), 하벽(140b), 좌측벽(140c), 및 우측벽(140d) 중 적어도 어느 하나와 대면하도록 돌출된 커버부(125)가 구비될 수 있다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, Y 방향을 전후 방향으로 볼 경우, 상기 모듈 케이스(120)의 상부 플레이트(121)의 전단면에는 상기 전방 커버(140)를 향해 돌출된 2개의 커버부(125a)가 구비될 수 있다. 상기 하부 플레이트(122)의 전단면에도 상기 전방 커버(140)를 향해 돌출된 2개의 커버부(125b)가 구비될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은, 커버부(125)를 구비함으로써, 배터리 모듈(100)의 내부에서 화재가 발생될 경우, 상기 전방 커버(140)의 상벽(140a), 하벽(140b), 좌측벽(140c), 및 우측벽(140d) 중 적어도 어느 하나와 대면하고 있는 상기 커버부(125)에 의해, 이중층을 형성할 수 있어, 상기 전방 커버(140)의 상벽(140a), 하벽(140b), 좌측벽(140c), 및 우측벽(140d) 중 적어도 어느 하나에 화염에 의해 천공되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은, 화재에 대한 안전성을 크게 높일 수 있다.
도 5는, 도 1의 배터리 모듈의 C-C' 선을 따라 절단한 내부 모습을 개략적으로 나타내는 부분 수직 단면도이다.
도 2 및 도 4과 함께, 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)의 전방 커버(140)는, 상부 덕트(141), 및 하부 덕트(142)를 구비할 수 있다. 상기 상부 덕트(141)는, 상기 전방 커버(140)의 상단에 형성되고, 외부 공기가 상기 모듈 케이스(120) 내부로 유입되도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 상부 덕트(141)는 일부분이 전후 방향으로 연장된 사각 관 형을 가질 수 있다. 상기 상부 덕트(141)의 내부의 천장은, 상기 전방 커버(140)의 상벽(140a)일 수 있다.
또한, 상기 하부 덕트(142)는, 상기 전방 커버(140)의 하단에 형성되고, 외부 공기가 상기 모듈 케이스(120) 내부로 유입되도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 하부 덕트(142)는 일부분이 전후 방향으로 연장된 사각 관형을 가질 수 있다. 상기 하부 덕트(142)의 내부의 바닥은, 상기 전방 커버(140)의 하벽(140b)일 수 있다.
더욱이, 상기 모듈 케이스(120)는, 상기 셀 어셈블리(110)의 상부에 위치한 상부 플레이트(121), 및 상기 셀 어셈블리(110)의 하부에 위치한 하부 플레이트(122)를 구비할 수 있다. 상기 상부 플레이트(121)는 제1 커버부(125a)를 구비할 수 있다. 상기 제1 커버부(125a)는, 상기 상부 덕트(141)의 내측면과 대면하도록 단부로부터 돌출 연장될 수 있다. 예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1 커버부(125a)는 상기 상부 덕트(141)의 내부의 천장(상벽, 141a)과 대면하도록 구성될 수 있다.
그리고, 상기 하부 플레이트(122)는, 제2 커버부(125b)를 구비할 수 있다. 상기 제2 커버부(125b)는, 상기 하부 덕트(142)의 내측면과 대면하도록 단부로부터 돌출 연장될 수 있다. 예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제2 커버부(125b)는 상기 하부 덕트(142)의 내부의 바닥(하벽, 142b)과 대면하도록 구성될 수 있다.
나아가, 상기 상부 덕트(141) 및 상기 하부 덕트(142) 각각은 송풍팬(143)과 연통되도록 구성될 수 있다. 상기 송풍팬(143)은, 외부 공기를 상기 모듈 케이스(120) 내부로 이송하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 전방 커버(140)에는 배터리 모듈(100)과 외부 장치와의 전기적 연결을 위한 외부단자(보이지 않음)와, 상기 외부 단자를 수용하는 단수 커버(144)가 구비될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은, 상기 전방 커버(140)의 상부 덕트(141)와 하부 덕트(142) 각각의 내측면과 대면하도록 구성된 제1 커버부(125a), 및 제2 커버부(125b)를 구비함으로써, 배터리 모듈(100)의 내부에서 화재가 발생될 경우, 상기 제1 커버부(125a) 또는 상기 제2 커버부(125b)에 의해, 이중층을 형성할 수 있어, 상기 전방 커버(140)의 상부 덕트(141)와 하부 덕트(142)의 내측면이 화염에 의해 천공되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은, 화재에 대한 안전성을 크게 높일 수 있다.
도 6은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 상부 플레이트를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)의 상부 플레이트(121)는, 도 2의 상부 플레이트(121)와 비교할 경우, 절곡부(125a2)를 더 구비할 수 있다. 그외, 나머지 구성들은 동일할 수 있다.
구체적으로, 상기 상부 플레이트(121)의 제1 커버부(125a)는, 상기 상부 덕트(141)의 상면, 하면, 좌측면, 및 우측면 중 적어도 둘 이상에 밀착되도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 커버부(125a)는 본체부(125a1), 및 절곡부(125a2)를 구비할 수 있다. 상기 본체부(125a1)는, 상기 상부 덕트(141)의 상면과 밀착되도록 구성될 수 있다. 상기 절곡부(125a2)는 상기 상부 덕트(141)의 좌측면 또는 우측면과 밀착되도록 구성될 수 있다. 상기 본체부(125a1)는 상기 상부 덕트(141)를 향해 돌출된 플레이트 형상을 가질 수 있다. 상기 절곡부(125a2)는 상기 본체부(125a1)의 좌측단 또는 우측단으로부터 하부 방향으로 절곡되고, 하부 방향으로 연장된 형태를 가질 수 있다.
또한, 도시하지 않았으나, 상기 하부 플레이트(122)의 제2 커버부(125b) 또한, 상부 플레이트(121)의 제1 커버부(125a)와 같이, 상기 하부 덕트(142)의 내측면과 대면하는 본체부와 절곡부를 구비할 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은, 제1 커버부(125a)와 제2 커버부(125b) 각각에 본체부(125a1)와 절곡부(125a2)를 구비함으로써, 배터리 모듈(100)의 내부에서 화재가 발생될 경우, 상기 제1 커버부(125a) 또는 상기 제2 커버부(125b)에 의해, 상기 상부 덕트(141) 및 상기 하부 덕트(142)의 상면, 하면, 좌측면, 및 우측면 중 적어도 둘 이상이 화염에 의해 천공되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은, 화재에 대한 안전성을 크게 높일 수 있다.
한편, 다시 도 2를 참조하면, 상기 모듈 케이스(120)는 제1 절연 플레이트(131), 및 제2 절연 플레이트(132)를 더 구비할 수 있다. 상기 제1 절연 플레이트(131) 및 제2 절연 플레이트(132)는, 전기 절연성을 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 절연 플레이트(131)는, 폴리 에틸렌 테레프탈레이트, 폴리염화비닐, 또는 실리콘(silicone) 소재를 구비할 수 있다.
또한, 상기 제1 절연 플레이트(131)는, 상기 상부 플레이트(121)와 상기 셀 어셈블리(110) 사이에 개재될 수 있다. 상기 제1 절연 플레이트(131)는, 상기 셀 어셈블리(110)의 상부면을 커버하도록 수평 방향으로 연장된 형태를 가질 수 있다. 상기 제1 절연 플레이트(131)는 상기 셀 어셈블리(110)의 상부면과 대응되는 크기를 가질 수 있다.
더욱이, 상기 제2 절연 플레이트(132)는, 상기 하부 플레이트(122)와 상기 셀 어셈블리(110) 사이에 개재될 수 있다. 상기 제2 절연 플레이트(132)는, 상기 셀 어셈블리(110)의 하부면을 커버하도록 수평 방향으로 연장된 형태를 가질 수 있다. 상기 제2 절연 플레이트(132)는 상기 셀 어셈블리(110)의 하부면과 대응되는 크기를 가질 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은, 제1 절연 플레이트(131), 및 제2 절연 플레이트(132)를 더 구비함으로써, 상기 모듈 케이스(120)가 사용 중에 내부와 외부 온도 차이에 따라 결로가 발생될 경우, 결로에 의해 형성된 물이 상기 상부 플레이트(121) 또는 상기 하부 플레이트(122)와 상기 셀 어셈블리(110) 간의 통전 경로를 형성하는 것을 방지할 수 있다. 즉, 상기 모듈 케이스(120) 내부에 물이 고이더라도, 상기 제1 절연 플레이트(131) 또는 상기 제2 절연 플레이트(132)의 내면에 수용되므로, 상기 물이 상기 상부 플레이트(121) 또는 상기 하부 플레이트(122)와 접촉되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 배터리 모듈(100)의 결로 현상으로 인한 전기 누전, 전기 합선, 또는 전기 단락이 발생되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
한편, 도 2 및 도 5를 다시 참조하면, 본 발명의 제1 절연 플레이트(131)는, 제1 보호부(133a)를 구비할 수 있다. 상기 제1 보호부(133a)는, 상기 상부 덕트(141)의 내측면과 대면하도록 단부로부터 돌출 연장된 형태일 수 있다. 상기 제1 보호부(133a)는 상기 상부 덕트(141)의 내부 천장면과 대면하도록 구성될 수 있다. 상기 제1 보호부(133a)는, 상기 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1 커버부(125a)의 하부에 위치될 수 있다. 즉, 상기 제1 보호부(133a)는, 상기 전방 커버(140)의 상벽(140a), 및 상기 제1 커버부(125a)와 함께 3층 구조를 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 제2 절연 플레이트(132)는, 제2 보호부(133b)를 구비할 수 있다. 상기 제2 보호부(133b)는, 상기 하부 덕트(142)의 내측면과 대면하도록 단부로부터 돌출 연장된 형태일 수 있다. 상기 제2 보호부(133b)는 상기 하부 덕트(142)의 내부 바닥면과 대면하도록 구성될 수 있다. 상기 제2 보호부(133b)는, 상기 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제2 커버부(125b)의 상부에 위치될 수 있다. 즉, 상기 제2 보호부(133b)는, 상기 전방 커버(140)의 하벽(140b), 및 상기 제2 커버부(125b)와 함께 3층 구조를 형성할 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은, 상기 제1 절연 플레이트(131) 및 제2 절연 플레이트(132) 각각이 제1 보호부(133a) 및 제2 보호부(133b)를 구비함으로써, 3층 구조의 벽을 형성할 수 있는 바, 배터리 모듈(100)의 내부에서 화재가 발생될 경우, 3층 구조에 의해, 상기 상부 덕트(141) 및 상기 하부 덕트(142)의 내측면이 화염에 의해 천공되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 본 발명은, 화재에 대한 안전성을 크게 높일 수 있다.
도 7은, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 제2 절연 플레이트를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)의 제1 절연 플레이트(131) 및 제2 절연 플레이트(132) 각각은, 도 2의 배터리 모듈(100)과 비교할 경우, 밀폐 부재(150)가 더 구비될 수 있다.
구체적으로, 상기 밀폐 부재(150)는, 소정 온도 이상에서 부피가 팽창되어 상기 상부 덕트(141) 또는 하부 덕트(142)를 밀폐하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 소정 온도는 섭씨 200도 이상일 수 있다. 또한, 상기 밀폐 부재(150)는 상기 상부 덕트(141) 또는 상기 하부 덕트(142)를 통해 화염, 연기, 그리고, 고열의 가스를 새어 나오지 않도록 막을 수 있다. 더욱이, 상기 밀폐 부재(150)는 단열성을 가질 수 있다.
상기 밀폐 부재(150)는, 적어도 일부분이 예를 들면, Saint-Gobain사의 FS1000 제품의 소재일 수 있다. 또는 상기 밀폐 부재(150)는 소정 온도에서 부피 팽창하는 흑연 조각(Graphite Flake)을 구비할 수 있다. 그리고, 상기 밀폐 부재(150)의 중앙 부위를 섭씨 200도 이상으로 가열할 경우, 중앙 부위가 탄화되어 부피 팽창이 일어나는 탄화층이 생성될 수 있다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 밀폐 부재(150)는 상기 제2 절연 플레이트(132)의 제2 보호부(133b) 상에 배치될 수 있다. 도시하지 않았으나, 상기 밀폐 부재(150)는, 상기 제1 절연 플레이트(131)의 상기 제1 보호부(133a) 상에 배치될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은, 소정 온도 이상에서 부피가 팽창하여 밀폐하도록 구성된 밀폐 부재(150)를 구비함으로써, 셀 어셈블리(110)의 화재나 열폭주가 발생할 경우, 고온의 가스나 공기에 의해 상기 밀폐 부재(150)가 부피가 팽창하고, 부피 팽창된 밀폐 부재(150)가 상기 상부 덕트(141) 또는 하부 덕트(142)를 밀폐 시킬 수 있는 바, 외부 공기가 상기 모듈 케이스(120) 내로 더 이상 유입되지 않게 할 수 있다. 이에 따라, 외부로부터 밀폐된 모듈 케이스(120)는 셀 어셈블리(110)의 화재가 더 번지는 것을 방지하고, 궁극적으로 자연 소화되도록 유도할 수 있다.
한편, 다시 도 7을 참조하면, 본 발명의 제1 절연 플레이트(131) 또는 제2 절연 플레이트(132) 각각은, 격벽부(W)가 구비될 수 있다. 상기 격벽부(W)는 외주변 단부로부터 상시 셀 어셈블리(110)를 향해 절곡된 형태를 가질 수 있다. 상기 격벽부(W)는 상기 제1 절연 플레이트(131) 또는 상기 제2 절연 플레이트(132)의 외주변부를 따라 연장된 형태를 가질 수 있다. 예를 들면, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제2 절연 플레이트(132)는, 외주변을 따라 연장되고 상부 방향으로 소정 높이로 돌출된 격벽부(W)를 구비할 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명의 제1 절연 플레이트(131) 및 제2 절연 플레이트(132) 각각이 상기 격벽부(W)를 구비함으로써, 상기 격벽부(W)에 의해, 상기 모듈 케이스(120) 내부에 외부와 내부의 온도차로 인해 결로가 발생될 경우, 생성된 물이 상기 제1 절연 플레이트(131) 또는 상기 제2 절연 플레이트(132)에 수용될 수 있도록 구비될 수 있다. 즉, 상기 제1 절연 플레이트(131) 또는 상기 제2 절연 플레이트(132)가 내면에 수용된 물이 외주변으로 이동하여 상기 상부 플레이트(121) 또는 상기 하부 플레이트(122)로 흘러 들어가는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 배터리 모듈(100)의 결로 현상으로 인한 전기 누전, 전기 합선, 또는 전기 단락이 발생되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 8은, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 제2 절연 플레이트를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)의 제2 절연 플레이트(132)는, 도 2의 제2 절연 플레이트(132)와 비교할 경우, 적어도 일부분이 경사진 면(132c)을 더 가질 수 있다. 예를 들면, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 제2 절연 플레이트(132)는, 좌우 방향의 중심이 높이가 낮고, 좌단부 및 우단부로 갈수록 점진적으로 높이가 높아지는 경사면을 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 경사면은, 지면을 기준으로 1 내지 5도의 각도를 가질 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명의 제2 절연 플레이트(132)는 적어도 일부분이 경사진 면(132c)을 가짐으로써, 상기 모듈 케이스(120) 내부에 외부와 내부의 온도차로 인해 결로가 발생될 경우, 생성된 물이 상기 제2 절연 플레이트(132)의 중앙에 모일 수 있다. 즉, 상기 제2 절연 플레이트(132)는, 내면에 모아진 물이 외주변으로 이동하여 상기 상부 플레이트(121) 또는 상기 하부 플레이트(122)로 흘러 들어가는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 배터리 모듈(100)의 결로 현상으로 인한 전기 누전, 전기 합선, 또는 전기 단락이 발생되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
한편, 다시 도 8을 참조하면, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)의 제2 절연 플레이트(132)는, 도 2의 제2 절연 플레이트(132)와 비교할 경우, 배출 포트(135)를 더 구비할 수 있다. 상기 배출 포트(135)는 유체가 외부로 배출되도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 도 8에 도시된 제2 절연 플레이트(132)는, 상기 경사진 면(132c)을 따라 흐르는 물이 상기 배출 포트(135)에 의해 외부로 배출되도록 구성될 수 있다. 이때, 상기 제2 절연 플레이트(132)의 격벽의 일부는 상기 배출 포트(135)와 연통되도록 개구(T)가 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명의 이러한 구성에 의하면, 본 발명은, 제2 절연 플레이트(132)에 배출 포트(135)가 구비됨으로써, 상기 모듈 케이스(120) 내부에 외부와 내부의 온도차로 인해 결로가 발생될 경우, 생성된 물이 상기 경사진 면(132c)을 따라 상기 제2 절연 플레이트(132)의 중앙에 모여지고, 중앙에 모아진 물이 다시 상기 배출 포트(135)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 이에 따라, 배터리 모듈(100)의 결로 현상으로 인한 전기 누전, 전기 합선, 또는 전기 단락이 발생되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 랙(도시하지 않음)은, 상기 배터리 모듈(100)을 적어도 하나 이상 구비할 수 있다. 상기 배터리 랙은, 상기 배터리 모듈(100)을 수용하는 랙 케이스를 구비할 수 있다. 상기 배터리 랙은, 복수의 배터리 모듈(100)의 충방전 제어를 수행하는 배터리관리시스템(BMS)을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전력 저장 장치(도시하지 않음)는, 상술한 본 발명에 따른 배터리 모듈(100)을 하나 이상 포함할 수 있다. 특히, 전력 저장 장치는, 본 발명에 따른 배터리 모듈(100)을 다수 포함할 수 있다. 그리고, 이러한 다수위 배터리 모듈(100)은 상호 전기적으로 연결될 수 있다. 본 발명에 따른 전력 저장 장치는, 스마트 그리드 시스템이나 전기 충전 스테이션 등 다양한 형태로 구현될 수 있다.
한편, 본 명세서에서는 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
[부호의 설명]
100: 배터리 모듈 110: 셀 어셈블리
111: 전지셀 120: 모듈 케이스
121, 122, 123, 124: 상부 플레이트, 하부 플레이트, 전방 플레이트, 후방 플레이트
131, 132: 제1 절연 플레이트, 제2 절연 플레이트
140: 전방 커버
140a, 140b, 140c, 140d: 상벽, 하벽, 좌측벽, 우측벽
141, 142: 상부 덕트, 하부 덕트
125, 125a, 125b: 커버부, 제1 커버부, 제2 커버부
133a, 133b: 제1 보호부, 제2 보호부
143: 송풍팬
150: 밀폐 부재 W: 격벽부
125a1, 125a2: 본체부, 절곡부
132c: 경사진 면 135: 배출 포트

Claims (11)

  1. 복수의 전지셀을 가진 셀 어셈블리;
    내부 공간을 형성하는 상벽, 하벽, 좌측벽, 및 우측벽을 구비한 전방 커버; 및
    상기 셀 어셈블리를 내부 공간에 수용하고 상기 전방 커버와 결합되며, 일부분이 상기 상벽, 하벽, 좌측벽, 및 우측벽 중 적어도 어느 하나와 대면하도록 돌출된 커버부가 구비된 모듈 케이스
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전방 커버는,
    상기 전방 커버의 상단에 형성되고, 외부 공기가 상기 모듈 케이스 내부로 유입되도록 구성된 상부 덕트; 및
    상기 전방 커버의 하단에 형성되고, 외부 공기가 상기 모듈 케이스 내부로 유입되도록 구성된 하부 덕트를 구비하고,
    상기 모듈 케이스는,
    상기 셀 어셈블리의 상부에 위치하고, 상기 상부 덕트의 내측면과 대면하도록 단부로부터 돌출 연장된 제1 커버부를 구비한 상부 플레이트; 및
    상기 셀 어셈블리의 하부에 위치하고, 상기 상부 플레이트와 결합되도록 구성되며, 상기 하부 덕트의 내측면과 대면하도록 단부로부터 돌출 연장된 제2 커버부를 구비한 하부 플레이트
    를 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 커버부는, 상기 상부 덕트의 상면, 하면, 좌측면, 및 우측면 중 적어도 둘 이상에 밀착되도록 본체부, 및 상기 본체부로부터 절곡 연장된 절곡부를 구비하고,
    상기 제2 커버부는, 상기 하부 덕트의 상면, 하면, 좌측면, 및 우측면 중 적어도 둘 이상에 밀착되도록 본체부, 및 상기 본체부로부터 절곡 연장된 절곡부를 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 모듈 케이스는,
    전기 절연성을 가지고, 상기 상부 플레이트와 상기 셀 어셈블리 사이에 개재되며, 상기 셀 어셈블리를 상부면을 커버하도록 연장된 제1 절연 플레이트; 및
    전기 절연성을 가지고, 상기 하부 플레이트와 상기 셀 어셈블리 사이에 개재되며, 상기 셀 어셈블리를 하부면을 커버하도록 연장된 제2 절연 플레이트
    를 더 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 절연 플레이트는, 상기 상부 덕트의 내측면과 대면하도록 단부로부터 돌출 연장된 제1 보호부를 구비하고,
    상기 제2 절연 플레이트는, 상기 하부 덕트의 내측면과 대면하도록 단부로부터 돌출 연장된 제2 보호부를 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 절연 플레이트 및 상기 제2 절연 플레이트 각각은,
    상기 제1 보호부 및 제2 보호부 각각에 소정 온도 이상에서 부피가 팽창되어 상기 덕트를 밀폐하도록 구성된 밀폐 부재가 더 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제1 절연 플레이트 및 상기 제2 절연 플레이트 각각은,
    외주변 단부로부터 상시 셀 어셈블리를 향해 절곡되고 외주변부를 따라 연장된 격벽부가 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 제2 절연 플레이트는,
    적어도 일부분이 경사진 면을 가진 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 경사진 면을 따라 흐르는 유체가 외부로 배출되도록 구성된 배출 포트가 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제1항 내지 제9항 중, 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 적어도 하나 이상 포함하는 배터리 랙.
  11. 제1항 내지 제9항 중, 어느 한 항에 따른 배터리 모듈을 적어도 하나 이상 포함하는 전력 저장 장치.
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