WO2022169247A2 - 셀 단위 가스계 소화약제 가이드 날개를 적용한 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 랙과 에너지 저장장치 - Google Patents

셀 단위 가스계 소화약제 가이드 날개를 적용한 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 랙과 에너지 저장장치 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a battery module, and more particularly, to a battery module capable of effectively injecting a gas-based fire extinguishing agent into a specific battery cell in which an event has occurred among a plurality of battery cells, and a battery rack or energy storage device including the same will be.
  • Secondary batteries are attracting attention as a new energy source for improving eco-friendliness and energy efficiency in that they do not generate any by-products from the use of energy as well as the primary advantage of dramatically reducing the use of fossil fuels.
  • 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 per unit battery cell is about 2.5V to 4.5V.
  • a plurality of battery cells are connected in series and in parallel to form a battery module.
  • the battery modules are connected in series and/or in parallel to form a battery pack or a battery rack.
  • the present invention has been devised to solve the above technical problem, and when an event (gas venting or ignition) occurs in a specific battery cell inside the battery module, the fire extinguishing agent does not flow into other battery cells, but in the specific battery cell
  • An object of the present invention is to provide a battery module that can be intensively induced.
  • a battery module comprising: a cell assembly including battery cells arranged to face each other in one direction; a bus bar assembly coupled to a side portion of the cell assembly in which electrode leads of the battery cells are located; and guide wings arranged in front of the bus bar assembly in a direction coincident with the arrangement direction of the battery cells, wherein each of the guide wings has a plate surface facing at least one of the battery cells, corresponding to and may be configured to be coupled to the bus bar assembly to rotate at a predetermined angle by gas pressure when gas is generated from at least one of the battery cells.
  • the guide wing may be provided one per each battery cell.
  • Each of the battery cells may be a pouch-type battery cell having a gas venting induction part on one side, and each of the guide wings may be provided at a location facing the gas venting inducing part of each of the battery cells.
  • Each of the guide blades may include a guide plate in the form of a plate that can shield the front area of the gas venting guide part; and a hinge shaft portion protruding from an upper end and a lower end of the guide plate portion, respectively, and coupled to a fitting hole formed in the bus bar assembly.
  • Each of the guide wings may be coupled to the bus bar assembly so that the guide plate is usually parallel to the side surface of the cell assembly.
  • the hinge shaft portion may include: a shaft vertically passing through the fitting hole; and a latch protruding in a horizontal direction from an outer periphery of the shaft, wherein the bus bar assembly is provided within a rotation radius of the latch so that the latch comes into contact with the latch when the stopper rotates to limit a rotation angle of the latch.
  • the bus bar assembly is provided within a rotation radius of the latch so that the latch comes into contact with the latch when the stopper rotates to limit a rotation angle of the latch.
  • the latch may have an arc-shaped convex part on one surface, and the stopper may have a concave-shaped concave part that can be shape-fitted with the convex part.
  • At least one of the convex portion and the concave portion may be provided as a magnetic element.
  • the bus bar assembly may include: a body having slits through which the electrode leads can pass and disposed opposite to a side surface of the cell assembly; an upper plate protruding forward from the upper end of the body; and a bus bar frame including a lower plate protruding forward from the lower end of the body; and a plurality of bus bars mounted on the body and connected to the electrode leads according to a predetermined pattern, and an upper end and a lower end of each of the guide wings may be hinged to the upper plate and the lower plate, respectively.
  • the module case having a fire extinguishing agent injection valve capable of injecting a fire extinguishing agent into the module case on one side, and the guide wings and An empty space into which a fire extinguishing agent can be injected may be formed between the inner walls of the module case facing each other.
  • the rack housing A plurality of battery modules as described above arranged in layers in the rack housing; an extinguishing agent tank disposed inside the rack housing or around the rack housing; a pipe connecting the fire extinguishing agent tank and each battery module; at least one sensor installed in the rack housing and configured to detect whether gas is generated by each of the battery modules; And when the gas generation of each of the battery modules is detected by the sensor, a controller that outputs a control signal for allowing the extinguishing agent to flow into the corresponding battery module through the pipe; a battery rack comprising a can be provided.
  • the extinguishing agent may be a halogen compound extinguishing agent.
  • an energy storage device including one or more of the battery rack.
  • the extinguishing agent when an event (gas venting or ignition) occurs in a specific battery cell inside the battery module, the extinguishing agent does not flow into other battery cells and a battery module that can be intensively guided to the specific battery cell can be provided.
  • FIG. 1 is a perspective view schematically showing a battery rack according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a reference view for explaining the fire extinguishing system of the battery rack according to Figure 1.
  • FIG. 3 is a diagram showing the configuration of a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view illustrating a cell assembly in which a guide wing is combined according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a partially exploded perspective view of a cell assembly according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view illustrating an operation example of a guide wing when an event occurs in a specific battery cell.
  • FIG. 7 is a partially enlarged view of FIG. 6 .
  • FIG. 8 is a view corresponding to FIG. 7 and showing another embodiment of the present invention.
  • Figure 1 is a perspective view schematically showing a battery rack according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a reference view for explaining the fire extinguishing system of the battery rack according to Figure 1
  • Figure 3 is an embodiment of the present invention It is a diagram showing the configuration of the battery module according to the
  • the battery rack according to an embodiment of the present invention includes a rack housing 10 and a plurality of battery modules 20 .
  • the rack housing 10 is made of a plurality of frames, and may be configured to mount a plurality of battery modules 20 and a controller 50 therein.
  • a plurality of battery modules 20 may be arranged in layers within the rack housing (10). For example, by accommodating the battery modules 20 in the rack housing 10 as shown in FIG. 1 , it is possible to increase space utilization, electrical connection convenience, and energy density of the battery rack.
  • Each battery module 20 is provided with a blowing fan (F) that can introduce the outside air to the inside as a cooling device.
  • a blowing fan F
  • external air enters the inside of the battery module 20 through an air inlet provided on the front left side of the battery module 20 and a cooling channel provided in the cell assembly 100 to be described later.
  • the battery cells 110 may be cooled while flowing in the (+Y-axis direction).
  • the air passing through the cooling channels may exit the battery module 20 through the air outlet 402a of the rear plate 402 provided on the rear surface of the module case 400 .
  • the battery rack according to the present invention includes a fire extinguishing system composed of a fire extinguishing agent tank 30 , a pipe 40 , a controller 50 , a sensor 60 , and the like.
  • the extinguishing agent tank 30 may be disposed around the rack housing 10 , and may be connected to each battery module 20 through a pipe 40 .
  • a portion connected to the battery rack in the pipe 40 may be connected to each battery module 20 in a manifold type.
  • the extinguishing agent tank 30 includes a halogen compound extinguishing agent.
  • the halogen compound fire extinguishing agent may be, for example, FK-5112 and HFCs series fire extinguishing agents distributed in the market. FK-5112 extinguishes fires by cooling/suffocating fire extinguishing method, and HFCs-type extinguishing agents extinguish fires by cooling/cocatalyst fire extinguishing method. These halogen compound fire extinguishing agents can minimize additional secondary damage (electric explosion, shutdown, etc.) with electrical insulation.
  • the controller 50 of the battery rack according to the present invention is connected to the function as a battery management system (BMS) and the sensor 60 and the extinguishing agent tank 30 for managing the charge/discharge of the battery modules 20, and the extinguishing agent It may be configured to output a control signal for controlling the operation of the tank 30 .
  • BMS battery management system
  • the controller 50 monitors whether gas is generated or the temperature of all the battery modules 20 .
  • an operation signal is output to the fire extinguishing agent tank 30 .
  • a plurality of sensors 60 may be installed inside and outside each battery module 20 for gas detection or temperature of the battery module 20 .
  • the sensor 60 detects a rise in temperature of the battery module 20 and/or the ejection of gas and transmits a detection signal to the controller 50 .
  • the sensor 60 may be a temperature sensor 60 or a gas detection sensor 60 , and may have a form in which the temperature sensor 60 and the gas detection sensor 60 are combined.
  • An on/off valve may be installed between the pipe 40 and the fire extinguishing agent injection valve 500 of each battery module 20 .
  • the opening/closing valve allows the extinguishing agent to be supplied or blocked from the pipe 40 to each battery module 20 .
  • the control valve 70 connected to the specific battery module 20 is opened under the control of the controller 50, so that the extinguishing agent can be controlled to be input to the specific battery module 20 .
  • the battery module 20 includes a cell assembly 100 , a bus bar assembly 200 , guide wings 300 , a module case 400 , and a fire extinguishing agent injection valve 500 .
  • the cell assembly 100 is plural, and may be accommodated in the module case 400 as shown in FIG. 3 .
  • Each of the cell assemblies 100 may include battery cells 110 arranged to face each other in one direction (X-axis direction), and cartridges 120 supporting the battery cells 110 .
  • the battery cells 110 are pouch-type secondary batteries in which an electrode assembly (not shown) and an electrolyte are sealed with a pouch sheet.
  • the pouch sheet may include an upper pouch sheet and a lower pouch sheet.
  • the pouch-type secondary battery may be manufactured in such a way that an electrode assembly and an electrolyte are placed in the center of the lower pouch sheet, the upper pouch sheet covers the upper pouch sheet, and the edges of the upper and lower pouch sheets are heat-sealed and sealed.
  • the electrode lead 111 may be extended to the inside and outside of the pouch sheet, and a portion may be fixed between the edges of the upper pouch sheet and the lower pouch sheet by thermal fusion.
  • the electrode lead 111 includes a positive electrode lead and a negative electrode lead and functions as an electrode terminal of the pouch-type secondary battery.
  • the pouch-type battery cell 110 of this embodiment includes a gas vent induction part 113 in the sealing part 112 (see FIG. 5 ).
  • the gas venting induction part 113 is provided at a location adjacent to the electrode lead 111 at a location in which the fusion strength of the pouch sheet is relatively weaker than that of other parts.
  • the cartridge 120 is an injection molding for stacking and packaging the battery cells 110 .
  • the cartridge 120 may be formed of four frames forming a substantially rectangular frame shape, and the cooling plate 130 may be attached to the space inside the rectangular frame.
  • One or two battery cells 110 are interposed between the two cartridges 120 to which the cooling plate 130 is attached so that one or both surfaces of the battery cells 110 are in contact with the cooling plate 130 . It can be fixedly received by the two cartridges (120). At this time, the cartridges 120 are continuously assembled with each other with the battery cells 110 interposed therebetween, and the electrode leads 111 of each battery cell 110 may be drawn out into the gap between the assembled two cartridges 120 .
  • the cooling plate 130 is made of a thin metal plate having good thermal conductivity, such as aluminum, and has a hollow structure and has a cooling channel through which a refrigerant can flow.
  • the cooling channel may communicate with the opening O formed through the two frames (short side side) of the cartridge 120 . With this configuration, outside air can enter the cooling channel through the opening O on one side of the cartridge 120 to cool the battery cell 110 and exit the cartridge through the opening on the opposite side of the cartridge 120 .
  • the cell assembly 100 includes the cartridges 120 , but without using the cartridges 120 , the battery cells 110 are directly laminated, and the module case 400 is formed using a thermally conductive adhesive. ) can also be fixed.
  • a cooling channel may be formed in the upper or lower portion of the cell assembly 100 so that external air flows along the upper or lower edges of the battery cells 110 . That is, it is pointed out that the scope of the present invention is not limited to using the cartridge 120 when configuring the cell assembly.
  • the bus bar assembly 200 is an electric component including the bus bar 220 and the bus bar frame 210 , and may be mounted on a side surface of the cell assembly 100 .
  • the side portion of the cell assembly 100 refers to a portion in which the electrode leads 111 of the battery cells 110 are located.
  • the bus bar frame 210 may include a body 211 , an upper plate 212 , and a lower plate 213 .
  • the body portion 211 is a portion disposed opposite to the side portion of the cell assembly 100 and is detachable from the cell assembly 100 in a snap-fit method, and the bus bars 220 are installed on the front surface of the body portion 211 .
  • Slits (not shown) that are provided to be mounted and through which the electrode leads 111 can pass may be provided.
  • the battery cells 110 may be connected in series and/or in parallel by connecting the electrode leads 111 to the bus bar 220 according to a predetermined pattern.
  • the positive leads of one or two battery cells 110 are overlapped, pulled out to the front of the body 211 through a slit, bent, and welded to any one bus bar 220 , and similarly, another one or two battery cells
  • the battery cells 110 are electrically connected by welding the negative leads of 110 to the bus bar 220 .
  • the upper plate part 212 and the lower plate part 213 are parts for assembling the guide wings 300, and the upper plate part 212 protrudes forward from the upper end of the body part 211, and the lower plate part 213 is the body part ( 211) may be provided to protrude forward from the lower end.
  • the guide wings 300 are configured to selectively guide the gas-based fire extinguishing agent to the battery cell 110 where an event has occurred among the battery cells 110 .
  • the guide wings 300 are arranged in front of the bus bar assembly 200 in a direction coincident with the arrangement direction of the battery cells 110 ( ⁇ X-axis direction), and the plate surface of at least one It faces the battery cell 110 but is hinged to the bus bar assembly 200 so that when gas is generated from the corresponding at least one battery cell 110, it may be configured to rotate by a predetermined angle by the gas pressure.
  • the guide wing 300 is preferably provided one per each of the battery cells (110). In this case, when an event occurs, one guide wing 300 per target battery cell 110 is opened and a gas-based fire extinguishing agent can be induced to the target battery cell 110, so that other battery cells 110 in the vicinity can use the available gas. It can be made to be less affected by the system fire extinguishing agent.
  • the battery cells 110 of the present embodiment are bi-directional pouch-type battery cells 110 in which the positive lead and the negative lead are positioned in opposite directions, and the gas vent guide unit 113 is provided in only one direction. Accordingly, when an event occurs, gas may be induced to the right side portion of the cell assembly 100 . Accordingly, in the present embodiment, each guide wing 300 is disposed at a place facing the gas venting inducing part 113 of each battery cell 110 , that is, on the right side of the cell assembly 100 , and the gas venting inducing part 113 is It was not disposed on the left side of the cell assembly 100 without it.
  • the cell assembly 100 may be composed of the battery cells 110 without the gas vent guide part 113 , or other factors may act, so that the guide wings 300 may be used in the cell assembly. It can also be applied to both side parts of (100).
  • each of the guide blades 300 may include a guide plate portion 310 and a hinge shaft portion 320 .
  • the guide plate part 310 may be provided in a plate-like shape capable of shielding the front region of the corresponding gas venting guide part 113 (or the connection portion between the electrode lead of the corresponding battery cell and the bus bar).
  • the hinge shaft part 320 is a part assembled to the bus bar frame 210 , and may be provided in a cylindrical shape protruding vertically from the upper end and the lower end of the guide plate part 310 , respectively.
  • the upper hinge shaft part 320 is inserted into the fitting hole provided in the upper plate part 212 of the bus bar frame 210, and the lower hinge shaft part (not shown) is the lower plate part of the bus bar frame 210 ( 213) may be configured to be inserted into a fitting hole provided in the hole. Accordingly, the guide plate part 310 may rotate the hinge shaft part 320 in a forward and reverse direction with respect to a rotation axis.
  • a fixing jaw 213a for limiting rotation may be provided on the lower plate part 213 of the bus bar frame 210 .
  • the fixing jaw 213a is a magnetic material, and the guide plate 310 normally contacts the fixing jaw 213a through a magnetic material in a portion of the guide plate 310 that comes into contact with the fixing jaw 213a. , that is, it can be configured to be in a closed state.
  • the guide plate part 310 is normally parallel to the side surface of the cell assembly 100, so that the front area of the gas vent induction part 113 (or the connection part between the electrode lead of the battery cell and the bus bar corresponding to it) to shield
  • the guide wing 300 facing the battery cell 110 is rotated and opened by the pressure of the gas during venting.
  • the fire extinguishing agent injection valve 500 is directed in the +X direction in the exemplary configuration of FIG. 3 , the fire extinguishing agent discharged therefrom moves as shown by the arrow of FIG. 6 inside the module case 400 .
  • the guide wing 300 facing the battery cell in which gas venting has not occurred serves to prevent the extinguishing agent from moving in the +Y direction, and the guide wing 300 facing the battery cell in which gas venting has occurred is opened at a predetermined angle to extinguish fire.
  • the battery module 20 of the present invention is configured such that only the specific guide wing 300 facing it is opened when the gas is vented from the specific battery cell 110, so that the fire extinguishing agent is the specific battery cell 110, that is, the target battery. It can only be put into cells.
  • the angle at which the guide wing 300 is opened by the gas pressure when an event occurs may be configured to be limited to a specific angle.
  • the hinge shaft portion 320 of the guide wing 300 includes a shaft 321 vertically passing through the fitting hole of the bus bar frame 210 and the shaft ( and a latch 322 protruding in the horizontal direction from the outer periphery of 321, and the bus bar assembly 200 is within a rotation radius of the latch 322 when the latch 322 rotates, and the specific angle A stopper 215 provided in contact with the latch 322 at a position corresponding to may be further included.
  • the latch 322 has an arc-shaped convex part 323 on one surface
  • the stopper 215 has a concave part 217 with a concave shape that can be shape-fitted with the convex part 323 .
  • at least one of the convex portion 323 and the concave portion 217 may be formed of a magnetic material.
  • the guide wing 300 is not completely opened by the gas pressure when an event occurs, and the open state can be fixed at a specific angle.
  • the latch 322 of the guide wing 300 may be caught by the stopper 215 of the bus bar frame 210 to limit the opening angle, and the convex portion 323 of the latch 322 may be the stopper 215 of the stopper 215 .
  • the opening angle can be maintained while the gas-based fire extinguishing agent is put into the target battery cell 110 .
  • the opening angle may be preferably about 45 degrees so that the extinguishing agent can be well injected.
  • the module case 400 (see FIG. 3) includes a front plate 401, a rear plate 402, a pair of side plates 403, a top plate 404, and a bottom plate (not shown), and the cell It may be provided in an approximately rectangular parallelepiped shape that can integrally accommodate a series of components including the assemblies 100 .
  • an empty space P into which the extinguishing agent can be injected may be formed between the inner wall of the module case 400 facing the guide wings 300 , that is, the right side plate 403 . If gas is detected in a specific battery cell 110 , the extinguishing agent may be injected into the module case 400 through the extinguishing agent injection valve 500 installed on the right side of the rear plate 402 . The extinguishing agent flows from the back of the module case 400 to the front (along the X-axis direction) in the empty space P, and the flow can be induced to a specific battery cell 110 through the guide wing 300 .
  • the guide wing 300 covering the specific battery cell 110 is opened to open the gas system.
  • the extinguishing agent may be guided to the specific battery cell 110 , that is, the target battery cell 110 , and may not flow into other battery cells 110 or have a small effect. Accordingly, even if the gas-based fire extinguishing agent is put into the battery module 20, other battery cells 110 except for the specific battery cell 110 can be reused.
  • the energy storage device according to the present invention may be configured to include one or more battery racks composed of the above-described battery modules (20).
  • the energy storage device may further include a master battery management device (Master Battery Management System, not shown) for integrally controlling the battery modules 20 and the battery racks.
  • Master Battery Management System Master Battery Management System, not shown

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Abstract

본 발명에 따르면, 일 방향을 따라 서로 대면하게 배열되는 배터리 셀들을 포함하는 셀 조립체; 상기 배터리 셀들의 전극 리드들이 위치하는 상기 셀 조립체의 측면부에 결합되는 버스바 조립체; 및 상기 배터리 셀들의 배열 방향과 일치하는 방향을 따라 상기 버스바 조립체의 전방에 배열되는 가이드 날개들;을 포함하며, 각 상기 가이드 날개는 판면이 적어도 하나의 상기 배터리 셀과 마주하게 배치되되, 대응하는 적어도 하나의 상기 배터리 셀에서 가스가 발생시 가스 압력에 의해 소정 각도 회전하도록 상기 버스바 조립체에 결합된 배터리 모듈이 제공될 수 있다.

Description

셀 단위 가스계 소화약제 가이드 날개를 적용한 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 랙과 에너지 저장장치
본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 복수 개의 배터리 셀들 중에서 이벤트가 발생한 특정 배터리 셀에 가스계 소화약제를 효과적으로 투입시킬 수 있는 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 랙 또는 에너지 저장장치에 관한 것이다.
본 출원은 2021년 02월 02일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2021-0015018호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
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. 단위 배터리 셀 하나당 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.5V이다. 이보다 더 높은 출력 전압과 에너지 용량이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬과 병렬로 연결하여 배터리 모듈을 구성한다. 또한, 상기 배터리 모듈을 직렬 및/또는 병렬 연결하여 배터리 팩이나 배터리 랙을 구성하기도 한다.
이차전지는 충방전 시 화학 반응을 수반하기 때문에 적정 온도보다 높은 환경에서 사용되는 경우 성능이 저하될 수 있고, 정적 온도보다 심하게 올라갈 경우 발화나 폭발의 위험이 있다. 특히, 많은 수의 이차전지들을 내부에 집약적으로 수납한 구조로 이루어진 배터리 모듈의 경우, 구조상 어느 하나의 이차전지의 열이 주변의 다른 이차전지로 전파되는 열 폭주 현상이 쉽게 일어날 수 있다. 이 때문에 통상 냉각 시스템과 소화 시스템이 배터리 모듈과 배터리 팩을 구성할 때 포함된다.
한편, 현재 당해 업계에서 소화 시스템으로 배터리 팩이나 배터리 모듈의 내부에 물을 투입하는 주수 방식이 일반적이다. 그런데 특정 배터리 셀 하나의 발화를 잡기 위해 배터리 모듈 내부에 물을 투입하면 나머지 배터리 셀들도 침수 피해를 입을 수밖에 없어 재사용이 불가하다.
이에 전기 화재에 적합하고 소화 후 물보다 피해가 적은 활로겐 화합물 가스계 소화약제를 배터리 모듈의 화재에 적용하되, 상기 가스계 소화약제를 이벤트가 발생한 특정 배터리 셀에 효과적으로 유도할 수 있는 방안이 요구되고 있다.
본 발명은, 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 창안된 것으로서, 배터리 모듈 내부의 특정 배터리 셀에 이벤트(가스 벤팅 또는 발화)가 발생한 때 소화약제가 다른 배터리 셀들에 유입되지 않고 상기 특정 배터리 셀에 집중적으로 유도될 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈은, 일 방향을 따라 서로 대면하게 배열되는 배터리 셀들을 포함하는 셀 조립체; 상기 배터리 셀들의 전극 리드들이 위치하는 상기 셀 조립체의 측면부에 결합되는 버스바 조립체; 및 상기 배터리 셀들의 배열 방향과 일치하는 방향을 따라 상기 버스바 조립체의 전방에 배열되는 가이드 날개들;을 포함하며, 각 상기 가이드 날개는 판면이 적어도 하나의 상기 배터리 셀과 마주하게 배치되되, 대응하는 적어도 하나의 상기 배터리 셀에서 가스가 발생시 가스 압력에 의해 소정 각도 회전하도록 상기 버스바 조립체에 결합하게 구성될 수 있다.
상기 가이드 날개는, 상기 배터리 셀 하나당 하나씩 구비될 수 있다.
각 상기 배터리 셀은 일측에 가스 벤팅 유도부가 있는 파우치형 배터리 셀이고, 각 상기 가이드 날개는 각 상기 배터리 셀의 상기 가스 벤팅 유도부와 마주하는 곳에 구비될 수 있다.
각 상기 가이드 날개는, 상기 가스 벤팅 유도부의 전방 영역을 차폐시킬 수 있는 판상체 형태의 가이드 판부; 및 상기 가이드 판부의 상단과 하단에 각각 돌출 형성되고 상기 버스바 조립체에 형성된 끼움공에 결합되는 힌지축부를 포함할 수 있다.
각 상기 가이드 날개는 상기 가이드 판부가 평상시 상기 셀 조립체의 측면부와 나란하게 상기 버스바 조립체에 결합될 수 있다.
상기 힌지축부는, 상기 끼움공을 수직으로 통과하는 샤프트; 및 상기 샤프트의 외주연에 수평방향으로 돌출된 래치;을 포함하고, 상기 버스바 조립체는, 상기 래치가 회전시 상기 래치와 접촉하게 상기 래치의 회전 반경 이내에 마련되어 상기 래치의 회전 각도를 제한하는 스토퍼를 포함할 수 있다.
상기 래치는 일면에 아크 형상의 볼록부를 구비하고, 상기 스토퍼는 상기 볼록부와 형상 맞춤될 수 있는 오목한 형상의 오목부를 구비할 수 있다.
상기 볼록부와 상기 오목부 중 적어도 하나는 마그네틱으로 마련될 수 있다.
상기 버스바 조립체는, 상기 전극 리드들이 통과할 수 있는 슬릿들을 구비하고 상기 셀 조립체의 측면부에 대향하게 배치되는 몸체부; 상기 몸체부의 상단에서 전방 돌출된 상판부; 및 상기 몸체부의 하단에서 전방 돌출된 하판부를 포함하는 버스바 프레임; 상기 몸체부에 장착되고 상기 전극 리드들과 미리 정한 패턴대로 연결되는 복수 개의 버스바를 포함하며, 각 상기 가이드 날개는 상단과 하단이 각각 상기 상판부와 상기 하판부에 힌지 결합될 수 있다.
상기 셀 조립체, 상기 버스바 조립체를 일체로 수용하는 모듈 케이스를 포함하고, 상기 모듈 케이스는 일측에 소화약제를 상기 모듈 케이스 내부로 투입시킬 수 있는 소화약제 분사밸브를 구비하고, 상기 가이드 날개들과 대향하는 상기 모듈 케이스의 내벽 사이에 소화약제가 투입될 수 있는 빈 공간이 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 랙 하우징; 상기 랙 하우징 내에 층상 배열되는 상술한 바와 같은 복수의 배터리 모듈들; 상기 랙 하우징의 내부 또는 상기 랙 하우징의 주변에 배치되는 소화약제 탱크; 상기 소화약제 탱크와 각각의 배터리 모듈을 연결하는 배관; 상기 랙 하우징 내에 설치되고 각 상기 배터리 모듈의 가스 발생 여부를 감지하는 적어도 하나의 센서; 및 상기 센서에 의해 각 상기 배터리 모듈의 가스 발생이 감지되면 상기 배관을 통해 소화약제가 해당하는 상기 배터리 모듈로 유입되도록 하는 제어신호를 출력하는 컨트롤러;를 포함하는 배터리 랙이 제공될 수 있다.
상기 소화약제는 할로겐 화합물 소화약제일 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 상기 배터리 랙을 하나 이상 포함하는 에너지 저장장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 모듈 내부의 특정 배터리 셀에 이벤트(가스 벤팅 또는 발화)가 발생한 때 소화약제가 다른 배터리 셀들에 유입되지 않고 상기 특정 배터리 셀에 집중적으로 유도될 수 있는 배터리 모듈이 제공될 수 있다.
예컨대, 배터리 모듈 내에 특정 배터리 셀에서 이벤트 발생시 상기 특정 배터리 셀을 커버하고 있던 가이드 날개만 개방되어 가스계 소화약제가 타켓 배터리 셀로 유도되고 다른 배터리 셀들로는 유입되지 않게 하거나 영향을 최소화할 수 있다. 따라서 본 발명에 따르면, 가스계 소화약제를 투입해 특정 배터리 셀의 발화 및 주변 배터리 셀들로의 열폭주를 막기 용이할 뿐만 아니라, 가스계 소화약제를 배터리 모듈 내부에 투입하더라도 상기 특정 배터리 셀을 제외한 다른 배터리 셀들을 재사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1에 따른 배터리 랙의 소화 시스템을 설명하기 위한 참고 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가이드 날개를 결합한 셀 조립체를 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 셀 조립체의 부분 분해 사시도 이다.
도 6은 특정 배터리 셀에서 이벤트 발생시 가이드 날개의 동작예를 나타낸 사시도이다.
도 7은 도 6의 부분 확대도이다.
도 8은 도 7에 대응하는 도면으로서 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙을 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1에 따른 배터리 랙의 소화 시스템을 설명하기 위한 참고 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙은, 랙 하우징(10), 복수 개의 배터리 모듈(20)을 포함한다.
랙 하우징(10)은, 복수 개의 프레임들로 이루어지며, 내부에 복수 개의 배터리 모듈(20)들과 컨트롤러(50) 등을 탑재할 수 있게 구성될 수 있다.
복수 개의 배터리 모듈(20)은 상기 랙 하우징(10) 내에서 층상 배치될 수 있다. 예컨대, 도 1과 같이 배터리 모듈(20)들을 랙 하우징(10)에 수납함으로써 배터리 랙의 공간 활용성, 전기적 연결 편의성 및 에너지 밀도를 높일 수 있다.
각 배터리 모듈(20)은 냉각 장치로서 외부 공기를 내부에 유입시킬 수 있는 송풍 팬(F)을 구비한다. 상기 송풍 팬(F)이 작동하면 외부 공기가 배터리 모듈(20)의 정면 좌측편에 구비되는 공기 유입구를 통해 배터리 모듈(20)의 내부로 들어와 후술할 상기 셀 조립체(100)에 구비되는 냉각 채널들을 따라 (+Y 축 방향)으로 흐르면서 배터리 셀(110)을 냉각시킬 수 있다. 상기 냉각 채널들을 통과한 공기는 모듈 케이스(400)의 후면에 구비되는 리어 플레이트(402)의 공기 유출구(402a)를 통해 배터리 모듈(20) 밖으로 빠져나갈 수 있다.
한편, 배터리 랙은 구조상 어느 하나의 배터리 모듈(20)에 화재가 나면, 화염이 다른 배터리 모듈(20)로 빠르게 전파되어 화재 확산과 폭발 위험이 있기 때문에 최초 발화한 배터리 모듈(20)을 찾아 신속하게 초기 진압하는 것이 매우 중요하다.
이에 본 발명에 따른 배터리 랙은 소화약제 탱크(30), 배관(40), 컨트롤러(50), 센서(60) 등으로 구성된 소화 시스템을 포함한다.
도 1과 같이, 소화약제 탱크(30)는 랙 하우징(10)의 주변에 배치될 수 있으며, 배관(40)으로 각 배터리 모듈(20)과 연결될 수 있다. 도면의 편의상 자세히 도시하지 않았으나, 상기 배관(40)에서 배터리 랙에 연결되는 부분은 매니폴드 타입으로 각 배터리 모듈(20)에 연결될 수 있다.
상기 소화약제 탱크(30)는 할로겐 화합물 소화약제를 포함한다. 상기 할로겐 화합물 소화약제는 시중에 유통되고 있는 예컨대, FK-5112와 HFCs 계열의 소화약제일 수 있다. FK-5112 는 냉각/질식 소화방식으로 화재를 진압하고, HFCs 계열의 소화약제는 냉각/부촉매 소화방식으로 화재를 진압한다. 이들 활로겐 화합물 소화약제들은 전기절연성으로 추가적인 2차피해(전기폭발, 셧다운 등)를 최소화할 수 있다.
도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 배터리 랙의 소화 시스템을 간략히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 배터리 랙의 컨트롤러(50)는 배터리 모듈(20)들의 충/방전을 관리하는 BMS(battery management system)로서의 기능과 센서(60) 및 소화약제 탱크(30)와 연결되고, 소화약제 탱크(30)의 작동을 제어하기 위한 제어신호를 출력하게 구성될 수 있다.
상기 컨트롤러(50)는 모든 배터리 모듈(20)들의 가스 발생 여부 또는 온도를 모니터링한다. 특정 배터리 모듈(20)에서 가스가 감지되거나 비이상적인 고온이 감지될 경우 소화약제 탱크(30)에 작동 신호를 출력한다. 상기 배터리 모듈(20)의 가스 감지 또는 온도를 위해 복수 개의 센서(60)들이 각 배터리 모듈(20)의 내,외부에 설치될 수 있다. 상기 센서(60)는, 배터리 모듈(20)의 온도 상승 및/또는 가스의 분출을 감지하고 감지 신호를 컨트롤러(50)에 송출한다. 예컨대, 상기 센서(60)는 온도 센서(60) 또는 가스 감지 센서(60)일 수 있으며, 온도 센서(60)와 가스 감지 센서(60)가 조합된 형태를 가질 수도 있다.
상기 배관(40)과 각 배터리 모듈(20)의 소화약제 분사밸브(500) 사이에 개폐밸브가 설치될 수 있다. 상기 개폐밸브로 소화약제가 배관(40)에서 각 배터리 모듈(20)로 공급 또는 차단되도록 할 수 있다. 예컨대, 복수의 배터리 모듈(20)들 중 특정 배터리 모듈(20)에서 가스가 발생하면 상기 특정 배터리 모듈(20)과 연결된 제어밸브(70)가 컨트롤러(50)의 제어에 의해 개방되도록 하여 소화약제가 상기 특정 배터리 모듈(20)에 투입되게 제어할 수 있다.
이어서 도 3 내지 도 7을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(20)에 대해 자세히 살펴보기로 한다.
상기 배터리 모듈(20)은 셀 조립체(100), 버스바 조립체(200), 가이드 날개(300)들, 모듈 케이스(400) 및 소화약제 분사밸브(500)를 포함한다.
상기 셀 조립체(100)는 복수 개이고, 도 3과 같이 모듈 케이스(400) 내부에 수용될 수 있다. 각 상기 셀 조립체(100)는 일 방향(X축 방향)을 따라 서로 대면하게 배열된 배터리 셀(110)들과, 배터리 셀(110)들을 지지하는 카트리지(120)들을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 배터리 셀(110)들은 전극 조립체(미도시)와 전해액이 파우치 시트로 밀봉된 파우치형 이차전지이다.
상기 파우치 시트는 상부 파우치 시트와 하부 파우치 시트로 구성될 수 있다. 파우치형 이차전지는 상기 하부 파우치 시트의 중앙 부위에 전극 조립체와 전해액을 배치하고 그 위를 상기 상부 파우치 시트로 덮고 상기 상부 및 하부 파우치 시트의 테두리를 열융착하여 밀봉한 하는 방식으로 제작될 수 있다. 이때 전극 리드(111)는 파우치 시트의 내외부로 연장되게 하고 열융착에 의해 상기 상부 파우치 시트와 하부 파우치 시트의 테두리 사이에 일부분이 고정될 수 있다. 상기 전극 리드(111)는 양극 리드와 음극 리드를 포함하고 파우치형 이차전지의 전극 단자로 기능한다.
이하에서 열융착한 상기 파우치 시트의 테두리 부분을 실링부(112)라고 정의하기로 한다. 본 실시예의 상기 파우치형 배터리 셀(110)은 (도 5 참조) 상기 실링부(112)에 가스 벤팅 유도부(113)를 포함한다. 상기 가스 벤팅 유도부(113)는 파우치 시트의 융착 강도를 다른 부분보다 상대적으로 약하게 한 곳으로 전극 리드(111)와 인접한 곳에 구비된다. 배터리 셀(110) 내부에 가스가 발생해 내압이 증가하면 실링부(112)에서 상기 가스 벤팅 유도부(113)가 가장 먼저 손상되고 그곳을 통해 가스가 새어나올 수 있다.
카트리지(120)는, 배터리 셀(110)을 적층 및 패키징하기 위한 사출물이다. 상기 카트리지(120)는 대략 사각 틀 형태를 이루는 4개의 프레임으로 형성될 수 있으며, 상기 사각 틀 안쪽 공간에 냉각 플레이트(130)가 부착될 수 있다.
하나 또는 2개의 배터리 셀(110)이 상기 냉각 플레이트(130)가 부착된 2개의 카트리지(120) 사이에 개재됨으로써 배터리 셀(110)의 일면 또는 양면이 상기 냉각 플레이트(130)와 접촉한 상태로 2개 카트리지(120)에 의해 고정되게 수납될 수 있다. 이때 카트리지(120)들은 배터리 셀(110)을 사이에 두고 연속해서 상호 간 조립되고 각 배터리 셀(110)의 전극 리드(111)는 조립된 2개의 카트리지(120) 사이 틈으로 인출될 수 있다.
상기 냉각 플레이트(130)는 알루미늄과 같이 열 전도성이 좋고 두께가 얇은 금속판으로 마련되고, 중공 구조로 이루어져 내부에 냉매가 흐를 수 있는 냉각 채널을 구비한다. 냉각 플레이트(130)를 카트리지(120)에 부착한 때, 상기 냉각 채널이 상기 카트리지(120)의 (단변 쪽) 2개의 프레임에 관통 형성되어 있는 개구부(O)와 연통할 수 있다. 이 같은 구성으로, 외부 공기가 카트리지(120)의 일측 개구부(O)를 통해 냉각 채널로 들어가서 배터리 셀(110)을 냉각시키고 카트리지(120)의 반대측 개구부를 통해 카트리지 밖으로 빠져나올 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 셀 조립체(100)는 상기 카트리지(120)들을 포함하고 있으나, 상기 카트리지(120)들을 사용하지 않고 배터리 셀(110)들을 직접 적층하고 열 전도성 접착제 등으로 모듈 케이스(400)에 고정할 수도 있다. 또한, 외부 공기가 상기 배터리 셀(110)들의 상단이나 하단 에지를 따라 흐르도록 냉각 채널을 상기 셀 조립체(100)의 상부 또는 하부에 형성할 수도 있다. 즉, 셀 조립체를 구성시 카트리지(120)를 사용한 것에 본 발명의 권리범위가 제한되는 것은 아님을 밝혀둔다.
버스바 조립체(200)는 버스바(220)와 버스바 프레임(210)을 포함하여 구성된 전장 부품으로서, 셀 조립체(100)의 측면부에 장착될 수 있다. 여기서 상기 셀 조립체(100)의 측면부는 배터리 셀(110)들의 전극 리드(111)들이 위치하는 부분을 말한다.
버스바 프레임(210)은 몸체부(211), 상판부(212) 및 하판부(213)를 포함할 수 있다.
상기 몸체부(211)는 셀 조립체(100)의 측면부에 대향하게 배치되는 부분으로 스냅-핏(snap-fit) 방식으로 셀 조립체(100)에 탈부착 가능하고, 그 전면에 버스바(220)들을 장착할 수 있게 마련되고 전극 리드(111)들이 통과할 수 있는 슬릿(미도시)들을 구비할 수 있다.
도면의 편의상 자세히 도시하지 않았으나, 배터리 셀(110)들은 전극 리드(111)들을 미리 정한 패턴대로 버스바(220)에 연결해 직렬 및/또는 병렬로 연결될 수 있다. 예컨대, 하나 또는 2개의 배터리 셀(110)의 양극 리드들을 포개고 슬릿을 통해 몸체부(211) 앞쪽으로 빼내고 절곡시켜 어느 하나의 버스바(220)에 용접하고, 마찬가지로 또 다른 하나 또는 2개의 배터리 셀(110)의 음극 리드들을 상기 버스바(220)에 용접하는 방식으로 배터리 셀(110)들을 전기적으로 연결한다.
상판부(212)와 하판부(213)는 가이드 날개(300)들을 조립하기 위한 부분으로, 상기 상판부(212)는 몸체부(211)의 상단에서 전방 돌출되고, 하판부(213)는 몸체부(211)의 하단에서 전방 돌출되게 마련될 수 있다.
가이드 날개(300)들은 가스계 소화약제를 배터리 셀(110)들 중 이벤트가 발생한 배터리 셀(110)에 선별적으로 유도하기 위한 구성이다. 도 4와 같이, 상기 가이드 날개(300)들은 배터리 셀(110)들의 배열 방향과 일치하는 방향(±X축 방향)을 따라 상기 버스바 조립체(200)의 전방에 배열되고, 판면이 적어도 하나의 상기 배터리 셀(110)과 마주하되 상기 버스바 조립체(200)에 힌지 결합되어 있어 대응하는 적어도 하나의 상기 배터리 셀(110)에서 가스가 발생시 가스 압력에 의해 소정 각도 회전하도록 구성될 수 있다.
상기 가이드 날개(300)는 상기 배터리 셀(110) 하나당 하나씩 구비되는 것이 바람직하다. 이 경우, 이벤트 발생시 타켓 배터리 셀(110)당 하나씩의 가이드 날개(300)가 개방되고 가스계 소화약제가 상기 타켓 배터리 셀(110)로 유도될 수 있어 주변의 다른 배터리 셀(110)은 가능한 가스계 소화약제의 영향을 적게 받도록 할 수 있다.
또한, 본 실시예의 배터리 셀(110)들은 양극 리드와 음극 리드가 서로 반대 방향에 위치한 양방향 파우치형 배터리 셀(110)이고 가스 벤팅 유도부(113)를 한 방향에만 구비한다. 따라서 이벤트 발생시 가스가 셀 조립체(100)의 우측 측면부로 유도될 수 있다. 이에 본 실시예에서 각 가이드 날개(300)를 각 배터리 셀(110)의 가스 벤팅 유도부(113)와 마주하는 곳, 즉 셀 조립체(100)의 우측 측면부에 배치하고, 가스 벤팅 유도부(113)가 없는 셀 조립체(100)의 좌측 측면부에는 배치하지 않았다.
그러나 본 실시예와 달리, 셀 조립체(100)는 가스 벤팅 유도부(113)가 없는 배터리 셀(110)들로 구성될 수도 있고, 다른 요인이 작용할 수도 있음으로, 가이드 날개(300)들을 상기 셀 조립체(100)의 양쪽 측면부에 모두 적용할 수도 있다.
도 6 내지 도 8을 참조하여, 보다 구체적으로 상기 가이드 날개(300)에 대해 살펴보면, 각 상기 가이드 날개(300)는 가이드 판부(310)와 힌지축부(320)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 가이드 판부(310)는 대응하는 가스 벤팅 유도부(113)의 전방 영역(또는 대응하는 배터리 셀의 전극 리드와 버스바의 연결 부위)을 차폐시킬 수 있는 판상체 형태로 마련될 수 있다. 그리고 상기 힌지축부(320)는 버스바 프레임(210)에 조립되는 부분으로서, 상기 가이드 판부(310)의 상단과 하단에 각각 수직 방향으로 돌출 형성된 원기둥 형상으로 마련될 수 있다.
도 7과 같이 상단 힌지축부(320)는 버스바 프레임(210)의 상판부(212)에 구비되는 끼움공에 삽입 개재되고, 하단 힌지축부(미도시)는 버스바 프레임(210)의 하판부(213)에 구비되는 끼움공에 삽입 개재되게 구성될 수 있다. 이에 가이드 판부(310)는 상기 힌지축부(320)를 회전축으로 정역방향으로 회전할 수 있다.
또한, 상기 가이드 판부(310)가 상기 셀 조립체(100)의 측면부와 평행한 위치에 오면 회전을 제한시키는 고정턱(213a)이 버스바 프레임(210)의 하판부(213)에 구비될 수 있다. 상기 고정턱(213a)은 자성체이고, 상기 가이드 판부(310)에서 상기 고정턱(213a)에 접촉하게 되는 부분에 자성체를 개재해 평상시 가이드 판부(310)가 상기 고정턱(213a)에 접촉한 상태, 즉 닫힌 상태가 되도록 구성할 수 있다.
이러한 구성에 의해 평상시 상기 가이드 판부(310)는 상기 셀 조립체(100)의 측면부와 나란한 상태가 되어 가스 벤팅 유도부(113)의 전방 영역(또는 대응하는 배터리 셀의 전극 리드와 버스바의 연결 부위)을 차폐한다.
그러나 도 6과 같이, 어떤 배터리 셀(110)에서 가스가 벤팅할 경우, 벤팅시 가스의 압력에 의해 상기 배터리 셀(110)과 마주하는 가이드 날개(300)가 회전하여 열리게 된다. 도 3의 실시 구성에서 소화약제 분사밸브(500)가 +X방향을 향해 있음으로 그로부터 토출된 소화약제는 모듈 케이스(400) 내부에서 도 6의 화살표시와 같이 이동하게 된다. 이때, 가스 벤팅이 일어나지 않은 배터리 셀과 마주한 가이드 날개(300)는 소화약제가 +Y방향으로 이동하는 것을 막는 역할을 하고, 가스 벤팅이 일어난 배터리 셀과 마주한 가이드 날개(300)는 소정 각도 열려서 소화약제가 방향 전환하여 상기 이벤트가 발생한 특정 배터리 셀에 투입될 수 있도록 소화약제의 흐름을 가이드하는 역할을 하게 된다. 즉, 본 발명의 배터리 모듈(20)은 특정 배터리 셀(110)에서 가스가 벤팅하면 그에 마주한 특정 가이드 날개(300)만 오픈되도록 구성되어 있어, 소화약제가 상기 특정 배터리 셀(110) 즉 타켓 배터리 셀에만 투입될 수 있다.
다른 예로서, 이벤트 발생시 가스압에 의해 가이드 날개(300)가 개방되는 각도를 특정 각도로 제한되게 구성할 수도 있다.
예를 들면, 도 8에 도시한 바와 같이, 다른 예에 따른 가이드 날개(300)의 힌지축부(320)는 버스바 프레임(210)의 끼움공을 수직으로 통과하는 샤프트(321)와 상기 샤프트(321)의 외주연에 수평방향으로 돌출된 래치(322)를 포함하고, 상기 버스바 조립체(200)는 상기 래치(322)가 회전할 때 상기 래치(322)의 회전 반경 이내이고, 상기 특정 각도에 대응하는 위치에서 상기 래치(322)와 접촉하게 마련된 스토퍼(215)를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 래치(322)는 일면에 아크 형상의 볼록부(323)를 구비하고, 상기 스토퍼(215)는 상기 볼록부(323)와 형상 맞춤될 수 있는 오목한 형상의 오목부(217)를 구비하며, 상기 볼록부(323)와 상기 오목부(217) 중 적어도 하나는 자성체로 마련될 수 있다.
상기 구성에 의하면, 이벤트 발생시 가스압에 의해 가이드 날개(300)가 완전히 개방되지 않고 열린 상태가 특정 각도로 고정될 수 있다. 이를테면, 가이드 날개(300)의 래치(322)가 버스바 프레임(210)의 스토퍼(215)에 걸려 개방 각도가 제한될 수 있으며, 래치(322)의 볼록부(323)가 스토퍼(215)의 오목부(217)에 끼움 결합되게 함으로써 가스계 소화약제가 타켓 배터리 셀(110)에 투입되는 동안 상기 개방 각도가 유지될 수 있게 할 수 있다. 여기서 상기 개방 각도는 소화약제가 잘 투입될 수 있도록 약 45도 정도가 바람직할 수 있다.
한편, 모듈 케이스(400)는 (도 3 참조) 프런트 플레이트(401), 리어 플레이트(402), 한 쌍의 사이드 플레이트(403), 탑 플레이트(404) 및 바틈 플레이트(미도시)를 포함하고 셀 조립체(100)들을 비롯한 일련의 구성품들을 일체로 수용할 수 있는 대략 직육면체 형상으로 마련될 수 있다.
본 실시예의 경우, 가이드 날개(300)들과 대향하는 모듈 케이스(400)의 내벽, 즉 우측 사이드 플레이트(403) 사이에 소화약제가 투입될 수 있는 빈 공간(P)이 형성될 수 있다. 만약 특정 배터리 셀(110)에 가스가 감지되면, 소화약제가 리어 플레이트(402)의 우측편에 설치되는 소화약제 분사밸브(500)를 통해 모듈 케이스(400) 내부로 투입될 수 있다. 소화약제는 상기 빈 공간(P)에서 모듈 케이스(400)의 뒷쪽에서 (X축 방향을 따라) 앞쪽으로 흐르게 되며 가이드 날개(300)를 통해 특정 배터리 셀(110)로 흐름이 유도될 수 있다.
이상 상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈(20)의 구성에 의하면, 특정 배터리 셀에 이벤트 발생시, 상기 특정 배터리 셀(110)을 커버하고 있던 가이드 날개(300)만 개방되어 가스계 소화약제가 상기 특정 배터리 셀(110) 즉, 타켓 배터리 셀(110)로 유도되고 다른 배터리 셀(110)들로는 유입되지 않게 하거나 영향을 적게 미치도록 할 수 있다. 이에 따라 가스계 소화약제를 배터리 모듈(20) 내부에 투입하더라도 상기 특정 배터리 셀(110)을 제외한 다른 배터리 셀(110)들은 재사용이 가능하다.
한편, 본 발명에 따른 에너지 저장장치는, 상술한 배터리 모듈(20)들로 구성된 배터리 랙을 하나 이상 포함하여 구성될 수 있다.
상기 에너지 저장장치는 상기 배터리 모듈(20)들 및 상기 배터리 랙들을 통합적으로 제어하기 위한 마스터 배터리 관리 장치(Master Battery Management System, 미도시) 등을 더 포함할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
한편, 본 명세서에서는 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.

Claims (13)

  1. 일 방향을 따라 서로 대면하게 배열되는 배터리 셀들을 포함하는 셀 조립체;
    상기 배터리 셀들의 전극 리드들이 위치하는 상기 셀 조립체의 측면부에 결합되는 버스바 조립체; 및
    상기 배터리 셀들의 배열 방향과 일치하는 방향을 따라 상기 버스바 조립체의 전방에 배열되는 가이드 날개들;을 포함하며,
    각 상기 가이드 날개는 판면이 적어도 하나의 상기 배터리 셀과 마주하게 배치되되, 대응하는 적어도 하나의 상기 배터리 셀에서 가스가 발생시 가스 압력에 의해 소정 각도 회전하도록 상기 버스바 조립체에 결합된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가이드 날개는, 상기 배터리 셀 하나당 하나씩 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    각 상기 배터리 셀은 일측에 가스 벤팅 유도부가 있는 파우치형 배터리 셀이고,
    각 상기 가이드 날개는 각 상기 배터리 셀의 상기 가스 벤팅 유도부와 마주하는 곳에 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    각 상기 가이드 날개는,
    상기 가스 벤팅 유도부의 전방 영역을 차폐시킬 수 있는 판상체 형태의 가이드 판부; 및
    상기 가이드 판부의 상단과 하단에 각각 돌출 형성되고 상기 버스바 조립체에 형성된 끼움공에 결합되는 힌지축부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    각 상기 가이드 날개는 상기 가이드 판부가 평상시 상기 셀 조립체의 측면부와 나란하게 상기 버스바 조립체에 결합된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 힌지축부는,
    상기 끼움공을 수직으로 통과하는 샤프트; 및
    상기 샤프트의 외주연에 수평방향으로 돌출된 래치;을 포함하고,
    상기 버스바 조립체는,
    상기 래치가 회전시 상기 래치와 접촉하게 상기 래치의 회전 반경 이내에 마련되어 상기 래치의 회전 각도를 제한하는 스토퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 래치는 일면에 아크 형상의 볼록부를 구비하고,
    상기 스토퍼는 상기 볼록부와 형상 맞춤되게 오목한 형상으로 마련되는 오목부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 볼록부 및 상기 오목부 중 적어도 하나는 마그네틱으로 마련된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 버스바 조립체는,
    상기 전극 리드들이 통과할 수 있는 슬릿들을 구비하고 상기 셀 조립체의 측면부에 대향하게 배치되는 몸체부; 상기 몸체부의 상단에서 전방 돌출된 상판부; 및 상기 몸체부의 하단에서 전방 돌출된 하판부를 포함하는 버스바 프레임;과,
    상기 몸체부에 장착되고 상기 전극 리드들과 미리 정한 패턴대로 연결되는 복수 개의 버스바를 포함하며,
    각 상기 가이드 날개는 상단과 하단이 각각 상기 상판부와 상기 하판부에 힌지 결합된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 셀 조립체, 상기 버스바 조립체를 일체로 수용하는 모듈 케이스를 포함하고,
    상기 모듈 케이스는 일측에 소화약제를 상기 모듈 케이스 내부로 투입시킬 수 있는 소화약제 분사밸브를 구비하고,
    상기 가이드 날개들과 대향하는 상기 모듈 케이스의 내벽 사이에 소화약제가 투입될 수 있는 빈 공간이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 랙 하우징;
    상기 랙 하우징 내에 층상 배열되는 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 복수의 배터리 모듈들;
    상기 랙 하우징의 내부 또는 상기 랙 하우징의 주변에 배치되는 소화약제 탱크;
    상기 소화약제 탱크와 각각의 배터리 모듈을 연결하는 배관;
    상기 랙 하우징 내에 설치되고 각 상기 배터리 모듈의 가스 발생 여부를 감지하는 적어도 하나의 센서; 및
    상기 센서에 의해 각 상기 배터리 모듈의 가스 발생이 감지되면 상기 배관을 통해 소화약제가 해당하는 상기 배터리 모듈로 유입되도록 하는 제어신호를 출력하는 컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 소화약제는 할로겐 화합물 소화약제인 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  13. 제11항에 따른 배터리 랙을 하나 이상 포함하는 에너지 저장장치.
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