WO2023128533A1 - 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩, 이러한 배터리 팩을 포함하는 에너지 저장 장치 및 자동차 - Google Patents

배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩, 이러한 배터리 팩을 포함하는 에너지 저장 장치 및 자동차 Download PDF

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fire extinguishing
battery module
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extinguishing agent
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김승현
오영후
옥승민
조상현
조영범
홍성곤
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주식회사 엘지에너지솔루션
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery module, a battery pack including the battery module, an energy storage device including the battery pack, and a vehicle.
  • Secondary batteries which are highly applicable to each product group and have electrical characteristics such as high energy density, are used not only in portable devices but also in electric vehicles (EVs) or hybrid electric vehicles (HEVs) driven by an electrical driving source. It is universally applied. These secondary batteries are attracting attention as a new energy source for improving energy efficiency and eco-friendliness in that they do not generate any by-products due to the use of energy as well as the primary advantage of dramatically reducing the use of fossil fuels.
  • EVs electric vehicles
  • HEVs hybrid electric vehicles
  • a battery pack may be configured by connecting a plurality of battery cells in series.
  • a battery pack may be configured by connecting a plurality of battery cells in parallel according to a 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 pack is configured by connecting a plurality of battery cells in series/parallel
  • a battery module including at least one battery cell is first configured, and other components are added using the at least one battery module.
  • a method of configuring a battery pack or battery rack is common.
  • a conventional battery module generally includes a plurality of battery cells stacked on top of each other and a module housing accommodating the plurality of battery cells.
  • a conventional battery module when overheating occurs in a specific battery cell among a plurality of battery cells due to an abnormal situation, the heat generated in the overheated battery cell is transferred to the adjacent battery cells as it is, resulting in thermal runaway and explosion of the battery module.
  • an object of the present invention is to provide a battery module capable of preventing thermal runaway of a battery cell in an abnormal situation, a battery pack including the battery module, an energy storage device including the battery pack, and a vehicle.
  • the present invention is a battery module, at least one battery cell; a module case accommodating the at least one battery cell; at least one leakage prevention pocket provided in the module case to prevent leakage of sparks or flames in an abnormal situation of the at least one battery cell; and a fire extinguishing agent injection unit provided in the at least one leakage prevention pocket and spraying a fire extinguishing agent into the module case in the abnormal situation.
  • the leakage prevention pockets may be provided in plurality, and the plurality of leakage prevention pockets may be disposed with the at least one battery cell interposed therebetween.
  • the plurality of leakage prevention pockets may be provided on edge portions of opposite side surfaces of the module case.
  • the plurality of leakage prevention pockets may have a predetermined space capable of accommodating the flame or spark.
  • the plurality of outflow prevention pockets may be provided in a direction facing the direction of flame or spark in the abnormal situation.
  • the fire extinguishing agent injection unit may be provided in at least one of the plurality of leak prevention pockets.
  • the fire extinguishing agent injection unit may be provided through at least one of the plurality of leak prevention pockets.
  • the fire extinguishing agent injection unit includes a spray unit body provided with the fire extinguishing agent and provided outside the module case; and a spray nozzle that is connected to the spray unit body and passes through at least one of the plurality of leak prevention pockets.
  • the injection nozzle is disposed to face the at least one battery cell within the plurality of leakage prevention pockets, and may inject the fire extinguishing agent towards the at least one battery cell in the abnormal situation.
  • the fire extinguishing agent injection unit is provided in plurality, and the plurality of fire extinguishing agent injection units may be disposed opposite to each other with the at least one battery cell interposed therebetween.
  • the fire extinguishing agent may be provided with fire extinguishing water or fire extinguishing gas.
  • the present invention as a battery pack, at least one battery module according to the above-described embodiments; and a pack case accommodating the at least one battery module.
  • the present invention as an energy storage device, provides an energy storage device comprising at least one battery pack according to the above-described embodiment.
  • the present invention as a vehicle, provides a vehicle characterized in that it includes; at least one battery pack according to the above-described embodiment.
  • a battery module capable of preventing thermal runaway of a battery cell in an abnormal situation
  • a battery pack including the battery module
  • an energy storage device including the battery pack
  • a vehicle there is.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the battery module of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the battery module of FIG. 1 .
  • FIG. 4 is an enlarged view of a main part of the battery module of FIG. 3 .
  • FIG. 5 and 6 are views for explaining a thermal runaway prevention mechanism when an abnormal situation occurs in the battery module of FIG. 1 .
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a view for explaining a battery module according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the battery module of FIG. 1
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the battery module of FIG. 1
  • FIG. 4 is FIG. It is an enlarged view of the main part of the battery module of
  • the battery module 10 may include a battery cell 100 , a module case 200 , a spill prevention pocket 400 and an extinguishing agent spray unit 500 .
  • 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 as being provided as a pouch-type secondary battery.
  • the battery cell 100 may include an electrode assembly, a battery case accommodating the electrode assembly, and an electrode lead 150 protruding out of the battery case and connected to the electrode assembly.
  • the electrode lead 150 senses the voltage of the battery cell 100 and may be combined with a bus bar assembly (not shown) mounted on a module case 200 to be described later.
  • At least one or more of these battery cells 100 may be provided.
  • a description will be made limited to a plurality of battery cells 100 that are stacked and provided so as to be electrically connected to each other.
  • the module case 200 may accommodate the at least one battery cell 100 in the present embodiment. To this end, an accommodation space capable of accommodating the plurality of battery cells 100 may be provided in the module case 200 .
  • the leakage prevention pocket 400 is provided in the module case 200 and can prevent sparks or flames F from leaking in an abnormal situation of the at least one battery cell 100 .
  • the leakage prevention pocket 400 may be provided in plurality.
  • the plurality of leakage prevention pockets 400 may be disposed with the at least one battery cell 100 interposed therebetween.
  • the plurality of leakage prevention pockets 400 may be provided on both side edges of the module case 200 .
  • the plurality of leakage prevention pockets 400 may be provided in a direction facing the direction of the flame or spark F in the abnormal situation.
  • the plurality of leakage prevention pockets 400 may have a predetermined space 450 capable of accommodating the flame or spark F.
  • the predetermined space 450 may be provided in a predetermined shape capable of accommodating the flame or spark F.
  • the predetermined space 450 may be convexly formed in an edge area of the module case 200 to form a predetermined internal space.
  • the fire extinguishing agent spray unit 500 is provided in the at least one leak prevention pocket 400 and can spray the fire extinguishing agent 550 into the module case 200 in the abnormal situation.
  • the fire extinguishing agent injection unit 500 may be provided in at least one of the plurality of leak prevention pockets 400 .
  • the fire extinguishing agent injection unit 500 is provided through at least one of the plurality of leakage prevention pockets 400 and may be disposed within the space 450 of the leakage prevention pocket 400.
  • the fire extinguishing agent injection unit 500 may be provided in plurality.
  • the plurality of fire extinguishing agent injection units 500 may be disposed facing each other with the at least one battery cell 100 interposed therebetween.
  • a plurality of the fire extinguishing agent injection units 500 may be provided in each leakage prevention pocket 400 .
  • Each of the plurality of fire extinguishing agent spray units 500 may include a spray unit body 510, a spray nozzle 530, and the fire extinguishing agent 550.
  • the injection unit body 510 includes the fire extinguishing agent 550 and may be provided outside the module case 200 .
  • the injection unit body 510 may be connected to a fire extinguishing agent supply unit (not shown) for supplying the fire extinguishing agent 550 .
  • the injection nozzle 530 is connected to the injection unit body 510 and may penetrate at least one of the plurality of leak prevention pockets 400 .
  • the injection nozzle 530 is disposed to face the at least one battery cell 100 within the space 450 of the plurality of leakage prevention pockets 400, and in the abnormal situation, the at least one battery
  • the fire extinguishing agent 550 may be sprayed toward the cell 100.
  • the fire extinguishing agent 550 may be provided with a liquid material or a gas material capable of suppressing a fire such as fire extinguishing water or fire extinguishing gas. It is not limited thereto, and the fire extinguishing agent 550 may be provided with other types of materials capable of suppressing fire or the like, or a mixture of these components, of course.
  • FIG. 5 and 6 are views for explaining a thermal runaway prevention mechanism when an abnormal situation occurs in the battery module of FIG. 1 .
  • At least one of the battery cells 100 of the battery module 10 may generate a dangerous situation that may lead to a fire or the like due to overheating due to an abnormal situation.
  • the leakage prevention pocket 400 blocks the flame or spark F from oxygen outside the module case 200 to suppress a dangerous situation such as thermal runaway or fire.
  • the leakage prevention pocket 400 can implement thermal runaway suppression and fire suppression in a passive manner.
  • the fire extinguishing agent spray unit 500 in which the spray nozzle 530 is disposed in the leakage prevention pocket 400 may spray the fire extinguishing agent 550 through the spray nozzle 530 . That is, the fire extinguishing agent injection unit 500 can implement thermal runaway suppression and fire suppression in an active manner.
  • the battery module 10 in the abnormal situation, through the leakage prevention pocket 400 and the fire extinguishing agent injection unit 500, through both the passive method and the active method, thermal runaway or fire can be suppressed, it is possible to significantly reduce the risk of thermal runaway or fire that may be caused by an abnormal situation of the battery module 10 .
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • the battery module 20 may include a plurality of fire extinguishing agent injection units 505 .
  • the plurality of fire extinguishing agent injection units 505 are provided at each of the front and rear portions of the battery module 20, and may be provided at four corners of the front rim and four corners of the rear rim.
  • the position and number of the fire extinguishing agent injection units 505 may be appropriately set in consideration of the capacity or case shape of the battery module 20 so as to suppress thermal runaway of the battery module 20 as much as possible. .
  • FIG. 8 is a diagram for explaining a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • the battery pack 1 includes at least one or more plurality of battery modules 10 of the previous embodiment and a pack case 50 for accommodating the at least one or more plurality of battery modules 10 . ) may be included.
  • At least one or more of the battery pack 1 may be provided as an energy storage device or an energy source for a vehicle.
  • the battery pack 10 may also be provided in other devices, instruments, and facilities using secondary batteries in addition to the energy storage device or automobile.
  • devices, instruments, and equipment including the battery pack 1 such as an energy storage device including the battery pack 1 or a vehicle according to the present embodiment have all the advantages due to the battery module 10 described above.
  • Devices, instruments, and facilities, such as an energy storage device or an automobile having the same, may be implemented.
  • battery modules 10 and 20 capable of preventing thermal runaway of battery cells 100 in abnormal situations, and battery packs 1 including these battery modules 10 and 20 , it is possible to provide an energy storage device and an automobile including such a battery pack (1).

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 적어도 하나의 배터리 셀, 적어도 하나의 배터리 셀을 수용하는 모듈 케이스, 모듈 케이스 내에 구비되며, 적어도 하나의 배터리 셀의 이상 상황 시 화염이나 스파크의 유출을 방지하기 위한 적어도 하나의 유출 방지 포켓 및 적어도 하나의 유출 방지 포켓에 구비되며, 이상 상황 시 모듈 케이스 내부로 소화제를 분사하는 소화제 분사 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩, 이러한 배터리 팩을 포함하는 에너지 저장 장치 및 자동차
본 발명은 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩, 이러한 배터리 팩을 포함하는 에너지 저장 장치 및 자동차에 관한 것이다.
본 출원은 2021년 12월 27일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제10-2021-0188505호에 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.
종래 배터리 모듈은, 일반적으로, 상호 적층되는 복수 개의 배터리 셀들 및 복수 개의 배터리 셀들을 수용하는 모듈 하우징을 포함하여 구성된다. 이러한 종래 배터리 모듈의 경우, 복수 개의 배터리 셀들 중 특정 배터리 셀에서 이상 상황에 따른 과열이 발생할 경우, 과열된 배터리 셀에서 발생하는 열이 인접한 배터리 셀들로 그대로 전달되어 열 폭주가 발생하여 배터리 모듈의 폭발 등의 더 큰 위험으로 이어지는 문제가 있다.
그러므로, 배터리 셀의 이상 상황 시 열 폭주를 방지할 수 있는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩, 이러한 배터리 팩을 포함하는 에너지 저장 장치 및 자동차를 제공하기 위한 방안의 모색이 요청된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 배터리 셀의 이상 상황 시 열 폭주를 방지할 수 있는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩, 이러한 배터리 팩을 포함하는 에너지 저장 장치 및 자동차를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 해결하기 위해, 본 발명은, 배터리 모듈로서, 적어도 하나의 배터리 셀; 상기 적어도 하나의 배터리 셀을 수용하는 모듈 케이스; 상기 모듈 케이스 내에 구비되며, 상기 적어도 하나의 배터리 셀의 이상 상황 시 스파크나 화염의 유출을 방지하기 위한 적어도 하나의 유출 방지 포켓; 및 상기 적어도 하나의 유출 방지 포켓에 구비되며, 상기 이상 상황 시 상기 모듈 케이스 내부로 소화제를 분사하는 소화제 분사 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 제공한다.
상기 유출 방지 방지 포켓은, 복수 개로 구비되며, 상기 복수 개의 유출 방지 포켓은, 상기 적어도 하나의 배터리 셀을 사이에 두고 배치될 수 있다.
상기 복수 개의 유출 방지 포켓은, 상기 모듈 케이스의 양측면 테두리 부분에 구비될 수 있다.
상기 복수 개의 유출 방지 포켓은, 상기 화염이나 스파크를 수용할 수 있는 소정 스페이스를 구비할 수 있다.
상기 복수 개의 유출 방지 포켓은, 상기 이상 상황 시 화염이나 스파크의 진행 방향과 마주 하는 방향에 마련될 수 있다.
상기 소화제 분사 유닛은, 상기 복수 개의 유출 방지 포켓 중 적어도 하나에 구비될 수 있다.
상기 소화제 분사 유닛은, 상기 복수 개의 유출 방지 포켓 중 적어도 하나를 관통하여 구비될 수 있다.
상기 소화제 분사 유닛은, 상기 소화제를 구비하며, 상기 모듈 케이스 외부에 마련되는 분사 유닛 본체; 및 상기 분사 유닛 본체와 연결되며, 상기 복수 개의 유출 방지 포켓 중 적어도 하나에 관통되는 분사 노즐;을 포함할 수 있다.
상기 분사 노즐은, 상기 복수 개의 유출 방지 포켓 내에서 상기 적어도 하나의 배터리 셀을 마주 하게 배치되며, 상기 이상 상황 시 상기 적어도 하나의 배터리 셀 측으로 상기 소화제를 분사할 수 있다.
상기 소화제 분사 유닛은, 복수 개로 구비되며, 상기 복수 개의 소화제 분사 유닛은, 상기 적어도 하나의 배터리 셀을 사이에 두고 대향 배치될 수 있다.
상기 소화제는, 소화수 또는 소화 가스로 마련될 수 있다.
그리고, 본 발명은, 배터리 팩으로서, 전술한 실시예들에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈; 및 상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 수용하는 팩 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 제공한다.
아울러, 본 발명은, 에너지 저장 장치로서, 전술한 실시예에 따른 적어도 하나의 배터리 팩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은, 자동차로서, 전술한 실시예에 따른 적어도 하나의 배터리 팩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차를 제공한다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 배터리 셀의 이상 상황 시 열 폭주를 방지할 수 있는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩, 이러한 배터리 팩을 포함하는 에너지 저장 장치 및 자동차를 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 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 배터리 모듈의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 배터리 모듈의 단면도이다.
도 4는 도 3의 배터리 모듈의 주요부의 확대도이다.
도 5 및 도 6은 도 1의 배터리 모듈의 이상 상황 발생 시 열 폭주 방지 매커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 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 모듈을 설명하기 위한 도면이며, 도 2는 도 1의 배터리 모듈의 분해 사시도이며, 도 3은 도 1의 배터리 모듈의 단면도이며, 도 4는 도 3의 배터리 모듈의 주요부의 확대도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 배터리 모듈(10)은, 배터리 셀(100), 모듈 케이스(200), 유출 방지 포켓(400) 및 소화제 분사 유닛(500)을 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 전지로 마련되는 것으로 한정하여 설명한다.
상기 배터리 셀(100)은, 전극 조립체, 상기 전극 조립체를 수용하는 전지 케이스 및 상기 전지 케이스 밖으로 돌출되며 상기 전극 조립체와 연결되는 전극 리드(150)를 포함할 수 있다. 상기 전극 리드(150)는, 상기 배터리 셀(100)의 전압을 센싱하며, 후술하는 모듈 케이스(200)에 장착되는 버스바 어셈블리(미도시)와 결합할 수 있다.
이러한 상기 배터리 셀(100)은, 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개로 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 배터리 셀(100)의 복수 개로 구비되어 서로 전기적으로 연결될 수 있게 적층되어 구비되는 것으로 한정하여 설명한다.
상기 모듈 케이스(200)는, 상기 적어도 하나, 본 실시예의 경우, 상기 복수 개의 배터리 셀(100)을 수용할 수 있다. 이를 위해, 상기 모듈 케이스(200)에는, 상기 복수 개의 배터리 셀(100)을 수용할 수 있는 수용 공간이 마련될 수 있다.
상기 유출 방지 포켓(400)은, 상기 모듈 케이스(200) 내에 구비되며, 상기 적어도 하나의 배터리 셀(100)의 이상 상황 시 스파크나 화염(F)의 유출을 방지할 수 있다.
이러한 상기 유출 방지 포켓(400)은, 복수 개로 구비될 수 있다. 상기 복수 개의 유출 방지 포켓(400)은, 상기 적어도 하나의 배터리 셀(100)을 사이에 두고 배치될 수 있다.
상기 복수 개의 유출 방지 포켓(400)은, 상기 모듈 케이스(200)의 양측면 테두리 부분에 구비될 수 있다. 상기 복수 개의 유출 방지 포켓(400)은, 상기 이상 상황 시 상기 화염이나 스파크(F)의 진행 방향과 마주 하는 방향에 마련될 수 있다.
이러한 상기 복수 개의 유출 방지 포켓(400)은, 상기 화염이나 스파크(F)를 수용할 수 있는 소정 스페이스(450)를 구비할 수 있다. 상기 소정 스페이스(450)는, 상기 화염이나 스파크(F)를 수용할 수 있는 소정의 형상으로 마련될 수 있다. 예로써, 상기 소정 스페이스(450)는 상기 모듈 케이스(200)의 테두리 영역에 볼록하게 형성되어 내부의 소정 공간을 형성할 수 있는 형상으로 마련될 수 있다.
상기 소화제 분사 유닛(500)은, 상기 적어도 하나의 유출 방지 포켓(400)에 구비되며, 상기 이상 상황 시 상기 모듈 케이스(200) 내부로 소화제(550)를 분사할 수 있다. 구체적으로, 상기 소화제 분사 유닛(500)은, 상기 복수 개의 유출 방지 포켓(400) 중 적어도 하나에 구비될 수 있다.
이러한 상기 소화제 분사 유닛(500)은, 상기 복수 개의 유출 방지 포켓(400) 중 적어도 하나를 관통하여 구비되며, 관통된 유출 방지 포켓(400)의 스페이스(450) 내에 배치될 수 있다.
이러한 상기 소화제 분사 유닛(500)은, 복수 개로 구비될 수 있다. 상기 복수 개의 소화제 분사 유닛(500)은, 상기 적어도 하나의 배터리 셀(100)을 사이에 두고 대향 배치될 수 있다. 상기 소화제 분사 유닛(500)이 복수 개로 마련되어 각각의 유출 방지 포켓(400)에 각각 마련될 수 있다.
상기 복수 개의 소화제 분사 유닛(500)은, 각각, 분사 유닛 본체(510), 분사 노즐(530) 및 상기 소화제(550)를 포함할 수 있다.
상기 분사 유닛 본체(510)는, 상기 소화제(550)를 구비하며, 상기 모듈 케이스(200) 외부에 마련될 수 있다. 이러한 상기 분사 유닛 본체(510)는 상기 소화제(550)를 공급하기 위한 소화제 공급 유닛(미도시)과 연결될 수 있다.
상기 분사 노즐(530)은, 상기 분사 유닛 본체(510)와 연결되며, 상기 복수 개의 유출 방지 포켓(400) 중 적어도 하나에 관통될 수 있다. 이러한 상기 분사 노즐(530)은, 상기 복수 개의 유출 방지 포켓(400)의 상기 스페이스(450) 내에서 상기 적어도 하나의 배터리 셀(100)을 마주 하게 배치되며, 상기 이상 상황 시 상기 적어도 하나의 배터리 셀(100) 측으로 상기 소화제(550)를 분사할 수 있다.
상기 소화제(550)는, 소화수 또는 소화 가스와 같은 화재 등을 진압할 수 있는 액체 물질 또는 기체 물질로 구비될 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 소화제(550)는, 화재 등을 진압할 수 있는 기타 다른 형태의 물질이나 이들 성분의 혼합 물질 등으로 구비되는 것도 가능할 수 있음은 물론이다.
이하에서는, 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(10)의 이상 상황 발생 시 열 폭주 방지 매커니즘에 대해 보다 더 구체적으로 살펴 본다.
도 5 및 도 6은 도 1의 배터리 모듈의 이상 상황 발생 시 열 폭주 방지 매커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 배터리 모듈(10)의 상기 배터리 셀들(100) 중 적어도 하나에서 이상 상황에 따른 과열 등으로 화재 등으로 이어질 수 있는 위험 상황이 발생할 수 있다.
상기 배터리 모듈(10)의 상기 모듈 케이스(200) 내에서 상기 이상 상황이 발생한 배터리 셀(100)에서 발생한 화염이나 스파크(F)는 상기 유출 방지 포켓(400)에 의해 블로킹되어 상기 모듈 케이스(200) 밖으로의 유출이 방지될 수 있다. 즉, 상기 유출 방지 포켓(400)은, 상기 화염이나 스파크(F)를 상기 모듈 케이스(200) 외부의 산소로부터 차단하여 열 폭주나 화재 등을 위험 상황을 억제할 수 있다.
아울러, 상기 화염이나 스파크(F)에서 발생한 입자나 잔여물 등은 상기 유출 방지 포켓(400)의 스페이스(450) 내에 침전되면서 상기 모듈 케이스(200) 외부로 빠져나가지 않고 상기 스페이스(450) 내에 쌓일 수 있다. 즉, 상기 유출 방지 포켓(400)은, 패시브 방식으로써 열 폭주 억제 및 화재 억제를 구현할 수 있다.
이때, 상기 유출 방지 포켓(400) 내에 상기 분사 노즐(530)이 배치되는 상기 소화제 분사 유닛(500)은, 상기 분사 노즐(530)을 통해 상기 소화제(550)를 분사시킬 수 있다. 즉, 상기 소화제 분사 유닛(500)은, 액티브 방식으로써 열 폭주 억제 및 화재 억제를 구현할 수 있다.
이처럼, 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(10)은, 상기 이상 상황 시, 상기 유출 방지 포켓(400) 및 상기 소화제 분사 유닛(500)을 통해, 패시브 방식 및 액티브 방식 모두를 통해 열 폭주나 화재를 억제시킬 수 있는 바, 상기 배터리 모듈(10)의 이상 상황 시 야기될 수 있는 열 폭주나 화재 위험을 현저히 낮출 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 상기 배터리 모듈(20)은, 복수 개의 소화제 분사 유닛(505)을 포함할 수 있다. 상기 복수 개의 소화제 분사 유닛(505)은, 상기 배터리 모듈(20)의 전방부 및 후방부 각각에 구비되며, 상기 전방부 테두리의 네 모서리 부분 및 후방부 테두리의 네 모서리 부분에 구비될 수 있다.
이처럼, 상기 소화제 분사 유닛(505)의 구비 위치 및 구비 개수는 상기 배터리 모듈(20)의 열 폭주를 최대한 억제할 수 있게 배터리 모듈(20)의 용량이나 케이스 형상 등을 고려하여 적절히 마련될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 배터리 팩(1)는, 앞선 실시예의 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개의 배터리 모듈(10) 및 상기 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개의 배터리 모듈(10)을 수용하기 위한 팩 케이스(50)를 포함할 수 있다.
이러한 상기 배터리 팩(1)은, 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개로 구비되어 에너지 저장 장치 또는 자동차의 에너지원으로 구비될 수 있다. 또한, 상기 배터리 팩(10)은 상기 에너지 저장 장치나 자동차 이외에도 이차 전지를 이용하는 기타 다른 장치나 기구 및 설비 등에도 구비되는 것도 가능할 수 있음은 물론이다.
이처럼, 본 실시예에 따른 상기 배터리 팩(1)을 포함하는 에너지 저장 장치나 자동차와 같은 상기 배터리 팩(1)을 구비하는 장치나 기구 및 설비는 전술한 배터리 모듈(10)로 인한 장점을 모두 갖는 에너지 저장 장치나 자동차 등의 장치나 기구 및 설비 등을 구현할 수 있다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 배터리 셀(100)의 이상 상황 시 열 폭주를 방지할 수 있는 배터리 모듈(10, 20), 이러한 배터리 모듈(10, 20)을 포함하는 배터리 팩(1), 이러한 배터리 팩(1)을 포함하는 에너지 저장 장치 및 자동차를 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 (14)

  1. 배터리 모듈에 있어서,
    적어도 하나의 배터리 셀;
    상기 적어도 하나의 배터리 셀을 수용하는 모듈 케이스;
    상기 모듈 케이스 내에 구비되며, 상기 적어도 하나의 배터리 셀의 이상 상황 시 화염이나 스파크의 유출을 방지하기 위한 적어도 하나의 유출 방지 포켓; 및
    상기 적어도 하나의 유출 방지 포켓에 구비되며, 상기 이상 상황 시 상기 모듈 케이스 내부로 소화제를 분사하는 소화제 분사 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유출 방지 방지 포켓은,
    복수 개로 구비되며,
    상기 복수 개의 유출 방지 포켓은,
    상기 적어도 하나의 배터리 셀을 사이에 두고 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수 개의 유출 방지 포켓은,
    상기 모듈 케이스의 양측면 테두리 부분에 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 복수 개의 유출 방지 포켓은,
    상기 화염이나 스파크를 수용할 수 있는 소정 스페이스를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 복수 개의 유출 방지 포켓은,
    상기 이상 상황 시 화염이나 스파크의 진행 방향과 마주 하는 방향에 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 소화제 분사 유닛은,
    상기 복수 개의 유출 방지 포켓 중 적어도 하나에 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 소화제 분사 유닛은,
    상기 복수 개의 유출 방지 포켓 중 적어도 하나를 관통하여 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 소화제 분사 유닛은,
    상기 소화제를 구비하며, 상기 모듈 케이스 외부에 마련되는 분사 유닛 본체; 및
    상기 분사 유닛 본체와 연결되며, 상기 복수 개의 유출 방지 포켓 중 적어도 하나에 관통되는 분사 노즐;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 분사 노즐은,
    상기 복수 개의 유출 방지 포켓 내에서 상기 적어도 하나의 배터리 셀을 마주 하게 배치되며, 상기 이상 상황 시 상기 적어도 하나의 배터리 셀 측으로 상기 소화제를 분사하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 소화제 분사 유닛은,
    복수 개로 구비되며,
    상기 복수 개의 소화제 분사 유닛은,
    상기 적어도 하나의 배터리 셀을 사이에 두고 대향 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 소화제는,
    소화수 또는 소화 가스로 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  12. 제1항에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈; 및
    상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 수용하는 팩 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  13. 제12항에 따른 적어도 하나의 배터리 팩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치.
  14. 제12항에 따른 적어도 하나의 배터리 팩;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차.
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