WO2021177757A1 - 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙 및 이러한 배터리 랙을 포함하는 전력 저장 장치 - Google Patents

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

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Definitions

  • the present invention relates to a battery module, a battery rack including such a battery module, and a power storage device including such a battery rack.
  • Secondary batteries that are easy to apply according to product groups and have electrical characteristics such as high energy density are not only portable devices, but also electric vehicles (EVs) or hybrid vehicles (HEVs) driven by an electric drive source. It is universally applied. These secondary batteries are attracting attention as a new energy source for improving eco-friendliness and energy efficiency in that not only the primary advantage of being able to dramatically reduce the use of fossil fuels but also the fact that no by-products are generated from the use of energy.
  • EVs electric vehicles
  • HEVs hybrid vehicles
  • the types of secondary batteries currently widely used include a lithium ion battery, a lithium polymer battery, a nickel cadmium battery, a nickel hydrogen battery, a nickel zinc battery, and the like.
  • the operating voltage of the unit secondary battery cell is about 2.5V to 4.5V. Accordingly, when a higher output voltage is required, a plurality of battery cells are connected in series to form a battery pack. In addition, a plurality of battery cells may be connected in parallel to form a battery pack according to the charge/discharge capacity required for the battery pack. Accordingly, the number of battery cells included in the battery pack may be variously set according to a required output voltage or charge/discharge capacity.
  • a battery module including at least one battery cell is first configured, and other components are added using the at least one battery module. It is common to configure battery packs or battery racks. In the case of a battery pack, it is generally provided as an energy source such as an electric vehicle, and recently, as an energy source for home or industrial use, a power storage device including a plurality of battery racks is attracting attention.
  • the battery pack or battery rack of the prior art has a plurality of battery modules, and when thermal runaway occurs in the battery cells of each battery module, ignites or explodes, heat or flame is transferred to adjacent battery cells. There are cases where a secondary explosion or the like occurs, and efforts are being made to more rapidly prevent secondary ignition or explosion.
  • an object of the present invention includes a battery module capable of initially suppressing thermal runaway or fire more quickly when thermal runaway or fire occurs inside the battery module, a battery rack including such a battery module, and such a battery rack In order to provide a power storage device that
  • the present invention provides a battery module, comprising: at least one battery cell; a module case accommodating the at least one battery cell; and a fire extinguishing unit mounted through the module case and connected to a fire extinguishing tank unit having a fire extinguishing agent to directly spray the fire extinguishing agent into the module case when thermal runaway or fire occurs in the at least one battery cell; It provides a battery module comprising a.
  • the fire extinguishing unit may be extended from one end of the module case toward the inside of the module case in a longitudinal direction of the module case.
  • the fire extinguishing unit may be penetrated toward the inside of the module case from one rear side of the module case.
  • the fire fighting unit may include: a unit body having an internal flow path formed therein, connected to the fire fighting tank unit, penetrating through the module case, and extending in a longitudinal direction of the module case; and at least one spray nozzle provided in the unit body and configured to spray the extinguishing agent toward the battery cell inside the module case.
  • the spray nozzles may be provided in plurality, and the plurality of spray nozzles may be disposed to be spaced apart from each other by a predetermined distance along the longitudinal direction of the module case.
  • the at least one spray nozzle may include: a nozzle body connected to the unit body and provided with a spray hole for spraying the extinguishing agent; and provided in the nozzle body and configured to cover the injection hole so as to seal the internal flow path of the unit body. and a glass bulb configured to open the injection hole.
  • the at least one spray nozzle may be disposed perpendicular to the unit body and disposed to face the at least one battery cell.
  • the extinguishing agent may be fire extinguishing water provided with water.
  • the present invention as a battery rack, at least one battery module according to the above-described embodiments; and a rack case accommodating the at least one battery module; provides a battery rack comprising a.
  • the present invention provides a power storage device comprising a; at least one battery rack according to the above-described embodiment as a power storage device.
  • a battery module when thermal runaway or fire occurs inside the battery module, a battery module that can more quickly suppress thermal runaway or fire in the initial stage, a battery rack including such a battery module, and such a battery rack It is possible to provide a power storage device comprising a.
  • FIG. 1 is a view for explaining a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a partially exploded view of the battery module of FIG. 1 .
  • FIG. 3 is a view for explaining a fire extinguishing unit of the battery module of FIG. 2 .
  • FIG. 4 is a view for explaining a spray nozzle of the fire extinguishing unit of FIG. 3 .
  • FIG. 5 is a view for explaining a spray nozzle according to another embodiment of the fire extinguishing unit of FIG. 3 .
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the battery module of FIG. 1 .
  • FIG. 7 to 10 are views for explaining a mechanism for injecting an extinguishing agent inside the module case when a fire or thermal runaway situation occurs in the battery module of FIG. 1 .
  • FIG. 11 is a view for explaining a battery rack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining a power storage device 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 a partially exploded view of the battery module of FIG. 1 .
  • the battery module 10 may include a battery cell 100 , a module case 200 , and a fire extinguishing unit 300 .
  • the battery cell 100 as a secondary battery, may be provided as a pouch-type secondary battery, a prismatic secondary battery, or a cylindrical secondary battery.
  • the battery cell 100 will be described by limiting it to a pouch-type secondary battery.
  • At least one battery cell 100 may be provided in plurality.
  • the battery cell 100 will be described by limiting it to a plurality.
  • the module case 200 may accommodate the plurality of battery cells 100 . To this end, an accommodation space for accommodating the plurality of battery cells 100 may be provided in the module case 200 .
  • a connection hole 205 may be provided in the module case 200 .
  • connection hole 205 is provided at the rear of the module case 200 and may be provided with an opening of a predetermined size. A fire extinguishing unit 300 to be described later may pass through the connection hole 205 .
  • the fire extinguishing unit 300 is mounted through the module case 200, and is connected to a fire extinguishing tank unit (T, see FIG. 12) having a fire extinguishing agent to prevent thermal runaway of the plurality of battery cells 100, Alternatively, when a fire occurs due to such thermal runaway, the extinguishing agent may be directly sprayed into the module case 200 . Here, the extinguishing agent may be provided with water.
  • the fire extinguishing unit 300 may be interconnected with the fire extinguishing tank unit T through an extinguishing agent supply pipe 70 .
  • the fire extinguishing unit 300 may be extended from one end side of the module case 200 toward the inside of the module case 200 to be elongated along the longitudinal direction of the module case 2000 .
  • the fire extinguishing unit 300 may be mounted to penetrate toward the inside of the module case 200 through the connection hole 205 of the module case 200 from one rear side of the module case 200, , may be connected to each other in communication with the extinguishing agent supply pipe 70 .
  • FIG. 3 is a view for explaining a fire extinguishing unit of the battery module of FIG. 2 .
  • the fire extinguishing unit 300 may include a unit body 310 and a spray nozzle 330 .
  • the unit body 310 has a predetermined length and may be provided in an approximately elongated pipe shape.
  • the unit body 310 has an internal flow path for storage and flow of the extinguishing agent, and is connected to the extinguishing tank unit (T, see FIG. 12) to be described later through the extinguishing agent supply pipe 70, and the module Penetrates through the case 200 and may be disposed to be elongated in the longitudinal direction of the module case 200 .
  • a pipe coupling part 315 may be provided at one end of the unit body 310 .
  • the pipe fastening part 315 is connected to the extinguishing agent supply pipe 70, and when the module case 200 of the unit body 310 is mounted, the rear of the module case 200, specifically, the module It may be disposed to protrude out of the connection hole 205 of the case 200 .
  • the spray nozzle 330 is for spraying the extinguishing agent toward the battery cells 100 inside the module case 200 (refer to FIG. 2 ), and may be provided in the unit body 310 .
  • the spray nozzle 330 may be disposed perpendicularly to the unit body 310 and may be disposed to face the plurality of battery cells 100 in the module case 200 .
  • the spray nozzle 330 may be provided in at least one or more plurality. Hereinafter, in the present embodiment, the description will be limited to a plurality of the spray nozzles 330 are provided.
  • the plurality of spray nozzles 330 may be disposed to be spaced apart from each other by a predetermined distance along the longitudinal direction of the module case 200 .
  • the spray nozzle 330 will be looked at in more detail.
  • FIG. 4 is a view for explaining a spray nozzle of the fire extinguishing unit of FIG. 3 .
  • the spray nozzle 330 may include a nozzle body 331 , a glass bulb 333 , a nozzle cap 335 , and a guide rib 337 .
  • the nozzle body 331 may be mounted on the unit body 310 to communicate with an internal flow path of the unit body 310 .
  • the nozzle body 331 may be disposed to protrude perpendicular to the longitudinal direction of the unit body 310 .
  • the nozzle body 331 may be provided with a spray hole 332 .
  • the injection hole 332 is for injection of the extinguishing agent, and may communicate with an internal flow path of the unit body 310 .
  • the spray hole 332 When the spray hole 332 is opened, the extinguishing agent may be sprayed to the outside.
  • the glass bulb 333 is provided in the nozzle body 331 , and is configured to cover the injection hole 332 so as to seal the internal flow path of the unit body 310 . When is exposed to the internal gas above a predetermined temperature, at least a part may be damaged to open the internal flow path and the injection hole 332 .
  • the glass bulb 333 is filled with a predetermined substance such as a predetermined liquid or gas therein.
  • a predetermined material may have a property of increasing in volume as the temperature increases. Specifically, the glass bulb 333 is broken, melted, or separated from the nozzle body 331 by the volume expansion of the predetermined material at a predetermined temperature, for example, 70 to 100 degrees Celsius or more and the spraying.
  • the hole 332 may be opened.
  • the nozzle cap 335 may be spaced apart from the nozzle body 331 by a predetermined distance, and may support the glass bulb 333 together with the nozzle body 331 . Through the nozzle cap 335 , the glass bulb 333 may be more stably supported by the nozzle body 331 .
  • the guide rib 337 is provided in plurality, and may be respectively connected to the nozzle body 331 and the nozzle cap 335 .
  • the plurality of guide ribs 337 may be spaced apart from each other by a predetermined distance, and may also be spaced apart from the glass bulb 333 by a predetermined distance.
  • FIG. 5 is a view for explaining a spray nozzle according to another embodiment of the fire extinguishing unit of FIG. 3 .
  • the spray nozzle 335 may include a nozzle body 331 , a glass bulb 333 , a guide rib 337 , a nozzle cap 338 , and a dispersion unit 339 .
  • the nozzle body 331 , the glass bulb 333 , and the guide rib 337 are substantially the same as or similar to those of the previous embodiment, and thus, redundant descriptions thereof will be omitted.
  • the nozzle cap 338 may be provided in a shape and size to cover the nozzle body 331 .
  • the nozzle cap 338 may be provided in the shape of a disk having an area larger than that of the nozzle body 331 .
  • the dispersing part 339 may be provided in the nozzle cap 338 and may be provided in a substantially sawtooth shape along a circumferential direction of the nozzle cap 338 .
  • the dispersion unit 339 may guide the dispersion of the fire extinguishing agent in a broader direction.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the battery module of FIG. 1 .
  • the battery module 10 may further include a cooling supply supply unit 400 and a cooling air discharge unit 500 .
  • the cooling supply supply unit 400 is provided in front of the module case 200 and supplies cooling air into the module case 200 of the battery module 10 for cooling the battery cells 100 .
  • the cooling air discharge unit 500 is provided at the rear of the module case 200 , and may be disposed diagonally to the cooling supply supply unit 400 .
  • the cooling air discharge unit 500 may discharge the air that has cooled the battery cells 100 inside the module case 200 to the outside of the module case 200 .
  • FIG. 7 to 10 are views for explaining a mechanism for injecting an extinguishing agent inside the module case when a fire or thermal runaway situation occurs in the battery module of FIG. 1 .
  • a fire situation or thermal runaway due to overheating, etc. situations can arise in the battery cells 100 inside the module case 200 of the battery module 10 .
  • a fire situation or thermal runaway situation occurs, a high-temperature gas G may be generated inside the module case 200 due to the overheated battery cell 100 .
  • the glass bulb 333 of the fire extinguishing unit 300 is broken, or melted, or, as disclosed in FIG. 9 , the glass bulb 333 is separated from the nozzle body 331 , the spray hole 332 through which the extinguishing agent can be sprayed may be opened.
  • the extinguishing agent W in the fire extinguishing unit 300 that is, water W, is immediately directed toward the battery cells 100 . and can be sprayed directly.
  • the battery cells 100 are immediately transferred from the inside of the module case 200 through the fire extinguishing unit 300 toward the battery cells 100 . Since direct fire extinguishing is performed, it is possible to extinguish a fire or thermal runaway situation more quickly and quickly.
  • FIG. 11 is a view for explaining a battery rack according to an embodiment of the present invention.
  • the fire extinguishing agent supply pipe 70 communicates with the fire extinguishing unit 300 and a fire fighting tank unit (T, see FIG. 12 ) to be described later, and an abnormal situation such as a fire situation occurs in at least one of the plurality of battery modules 10 . It is possible to guide the supply of the extinguishing agent of the fire fighting tank unit T to the battery module 10 in which the abnormal situation occurs.
  • the battery rack (1) to include the battery module 10 of the previous embodiment, to provide a battery rack (1) including all the advantages of the battery module 10 of the previous embodiment can
  • FIG. 12 is a diagram for explaining a power storage device according to an embodiment of the present invention.
  • the power storage device E may be used as an energy source for home or industrial use.
  • the power storage device (E), at least one of the preceding embodiment, in the case of this embodiment, a plurality of battery racks (1) and a rack container (C) for accommodating the plurality of battery racks (1) may include .
  • the rack container (C) may be provided with a fire fighting tank unit (T) for supplying a fire extinguishing agent to the plurality of battery racks (1).
  • the fire fighting tank unit T the fire extinguishing agent, that is, water provided with water is filled.
  • the fire fighting tank unit T may be connected to the plurality of battery racks 1 and the fire extinguishing agent supply pipe 70 to supply fire extinguishing water to the plurality of battery racks 1 .
  • the battery module 10 when a fire occurs due to thermal runaway or thermal runaway inside the battery module 10, the battery module 10 that can more quickly suppress thermal runaway or fire at an early stage, such as It is possible to provide a battery rack (1) including a battery module (10) and a power storage device (E) including such a battery rack (1).

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 배터리 셀, 배터리 셀을 수용하는 모듈 케이스 및 모듈 케이스 내부에 관통 장착되며, 소화제를 구비하는 소화 탱크 유닛과 연결되어 배터리 셀의 열 폭주나 화재 발생 시, 모듈 케이스 내부에 소화제를 직접적으로 분사시키는 소화 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙 및 이러한 배터리 랙을 포함하는 전력 저장 장치
본 발명은 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙 및 이러한 배터리 랙을 포함하는 전력 저장 장치에 관한 것이다.
본 출원은 2020년 03월 04일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제 10-2020-0027369호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
제품 군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차 전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 보편적으로 응용되고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차 전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차 전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V ~ 4.5V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 또한, 배터리 팩에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬 연결하여 배터리 팩을 구성하기도 한다. 따라서, 상기 배터리 팩에 포함되는 배터리 셀의 개수는 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
한편, 복수 개의 배터리 셀을 직렬/병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 경우, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 배터리 모듈을 이용하여 기타 구성요소를 추가하여 배터리 팩이나 배터리 랙을 구성하는 방법이 일반적이다. 배터리 팩의 경우, 일반적으로, 전기 자동차 등의 에너지원으로 구비되며, 최근 들어, 가정용 또는 산업용 에너지원으로서, 복수 개의 배터리 랙들을 포함하는 전력 저장 장치가 주목받고 있다.
그러나, 종래기술의 배터리 팩 또는 배터리 랙은, 복수의 배터리 모듈을 구비하고, 각각의 배터리 모듈의 배터리 셀에서 열폭주가 발생되어, 발화 내지 폭발할 경우, 인접한 배터리 셀들로 열 또는 화염이 전달되어 2차 폭발 등이 일어나는 경우가 있어, 보다 신속하게 2차 발화 내지 폭발을 방지하기 위한 노력이 가중되고 있다.
그러므로, 배터리 모듈 내부의 열폭주, 또는 이러한 열폭주 등에 따른 화재 발생 시, 보다 신속하게 열폭주나 화재를 초기에 진압할 수 있는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙 및 이러한 배터리 랙을 포함하는 전력 저장 장치를 제공하기 위한 방안의 모색이 요청된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 배터리 모듈 내부의 열폭주나 화재 발생 시, 보다 신속하게 열폭주나 화재를 초기에 진압할 수 있는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙 및 이러한 배터리 랙을 포함하는 전력 저장 장치를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 해결하기 위해, 본 발명은, 배터리 모듈로서, 적어도 하나의 배터리 셀; 상기 적어도 하나의 배터리 셀을 수용하는 모듈 케이스; 및 상기 모듈 케이스 내부에 관통 장착되며, 소화제를 구비하는 소화 탱크 유닛과 연결되어 상기 적어도 하나의 배터리 셀의 열 폭주나 화재 발생 시, 상기 모듈 케이스 내부에 상기 소화제를 직접적으로 분사시키는 소화 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 제공한다.
상기 소화 유닛은, 상기 모듈 케이스의 단부 일측에서 상기 모듈 케이스 내부를 향해 관통되어 상기 모듈 케이스의 길이 방향을 따라 길게 배치될 수 있다.
상기 소화 유닛은, 상기 모듈 케이스의 후면 일측에서 상기 모듈 케이스 내부를 향해 관통될 수 있다.
상기 소화 유닛은, 내부 유로가 형성되고, 상기 소화 탱크 유닛과 연결되며, 상기 모듈 케이스에 관통되어 상기 모듈 케이스의 길이 방향을 따라 길게 배치되는 유닛 본체; 및 상기 유닛 본체에 구비되며, 상기 모듈 케이스 내부의 배터리 셀 측으로 상기 소화제를 분사하기 위한 적어도 하나의 분사 노즐;을 포함할 수 있다.
상기 분사 노즐은, 복수 개로 구비되며, 상기 복수 개의 분사 노즐은, 상기 모듈 케이스의 길이 방향을 따라 상호 소정 거리 이격 배치될 수 있다.
상기 적어도 하나의 분사 노즐은, 상기 유닛 본체와 연결되며, 상기 소화제의 분사를 위한 분사홀이 마련되는 노즐 본체; 및 상기 노즐 본체에 구비되며, 상기 유닛 본체의 내부 유로를 밀폐할 수 있게 상기 분사홀을 커버하도록 구성되되 상기 모듈 케이스 내부가 소정 온도 이상의 내부 가스에 노출될 경우, 적어도 일부분이 파손되어 상기 내부 유로와 상기 분사홀을 개방하도록 구성된 유리 벌브;를 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 분사 노즐은, 상기 유닛 본체와 수직하게 배치되며, 상기 적어도 하나의 배터리 셀을 마주 하게 배치될 수 있다.
상기 소화제는, 물로 구비되는 소화수일 수 있다.
그리고, 본 발명은, 배터리 랙으로서, 전술한 실시예들에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈; 및 상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 수용하는 랙 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 랙을 제공한다.
아울러, 본 발명은, 전력 저장 장치로서, 전술한 실시예에 따른 적어도 하나의 배터리 랙;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 장치를 제공한다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 배터리 모듈 내부의 열폭주나 화재 발생 시, 보다 신속하게 열폭주나 화재를 초기에 진압할 수 있는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙 및 이러한 배터리 랙을 포함하는 전력 저장 장치를 제공할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 배터리 모듈의 부분 분해도이다.
도 3은 도 2의 배터리 모듈의 소화 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3의 소화 유닛의 분사 노즐을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 3의 소화 유닛의 다른 실시예에 따른 분사 노즐을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 1의 배터리 모듈의 단면도이다.
도 7 내지 도 10은 도 1의 배터리 모듈의 화재나 열폭주 상황 발생 시 모듈 케이스 내부의 소화제 주입 매커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장 장치를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해 질 것이다. 여기서 설명되는 실시예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면은 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이며, 도 2는 도 1의 배터리 모듈의 부분 분해도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 배터리 모듈(10)은, 배터리 셀(100), 모듈 케이스(200) 및 소화 유닛(300)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 전지인 것으로 한정하여 설명한다.
상기 배터리 셀(100)은, 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개로 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 배터리 셀(100)이 복수 개로 구비되는 것으로 한정하여 설명한다.
상기 모듈 케이스(200)는, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)을 수용할 수 있다. 이를 위해, 상기 모듈 케이스(200)에는 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)을 수용하기 위한 수용 공간이 마련될 수 있다.
상기 모듈 케이스(200)에는 연결홀(205)이 구비될 수 있다.
상기 연결홀(205)은 상기 모듈 케이스(200)의 후방에 마련되며, 소정 크기의 개구로 구비될 수 있다. 이러한 상기 연결홀(205)에는 후술하는 소화 유닛(300)이 관통될 수 있다.
상기 소화 유닛(300)은, 상기 모듈 케이스(200) 내부에 관통 장착되며, 소화제를 구비하는 소화 탱크 유닛(T, 도 12 참조)과 연결되어 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)의 열 폭주나, 또는, 이러한 열 폭주에 따른 화재 발생 시, 상기 모듈 케이스(200) 내부에 상기 소화제를 직접적으로 분사시킬 수 있다. 여기서, 상기 소화제는 물로 구비될 수 있다.
상기 소화 유닛(300)은 상기 소화 탱크 유닛(T)과 소화제 공급 파이프(70)를 통해 상호 연결될 수 있다. 이러한 상기 소화 유닛(300)은, 상기 모듈 케이스(200)의 단부 일측에서 상기 모듈 케이스(200) 내부를 향해 관통되어 상기 모듈 케이스(2000)의 길이 방향을 따라 길게 배치될 수 있다.
구체적으로, 상기 소화 유닛(300)은 상기 모듈 케이스(200)의 후면 일측에서, 상기 모듈 케이스(200)의 연결홀(205)을 통해 상기 모듈 케이스(200) 내부를 향해 관통되게 장착될 수 있으며, 상기 소화제 공급 파이프(70)와 상호 연통 가능하게 연결될 수 있다.
본 실시예의 경우, 상기 소화 유닛(300)의 상기 모듈 케이스(200) 내부로의 직접적인 소화 주수를 통해, 상기 배터리 모듈(10) 내의 배터리 셀들(100)의 화재 발생 시, 보다 더 신속하고 효과적으로 화재를 초기에 진압할 수 있다.
이하에서는, 이러한 본 실시예에 따른 상기 소화 유닛(300)에 대해 보다 더 자세히 살펴 본다.
도 3은 도 2의 배터리 모듈의 소화 유닛을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 소화 유닛(300)은, 유닛 본체(310) 및 분사 노즐(330)을 포함할 수 있다.
상기 유닛 본체(310)는, 소정 길이로서, 대략적으로 길다란 파이프 형상으로 구비될 수 있다. 이러한 상기 유닛 본체(310)는, 상기 소화제의 저장 및 유동을 위한 내부 유로가 형성되고, 후술하는 소화 탱크 유닛(T, 도 12 참조)과 상기 소화제 공급 파이프(70)를 통해 연결되며, 상기 모듈 케이스(200)에 관통되어 상기 모듈 케이스(200)의 길이 방향을 따라 길게 배치될 수 있다.
상기 유닛 본체(310)의 일단부에는 파이프 체결부(315)가 구비될 수 있다.
상기 파이프 체결부(315)는, 상기 소화제 공급 파이프(70)와 연결되며, 상기 유닛 본체(310)의 상기 모듈 케이스(200) 장착 시, 상기 모듈 케이스(200)의 후방, 구체적으로, 상기 모듈 케이스(200)의 상기 연결홀(205) 밖으로 돌출되게 배치될 수 있다.
상기 분사 노즐(330)은, 상기 모듈 케이스(200, 도 2 참조) 내부의 상기 배터리 셀들(100) 측으로 상기 소화제를 분사하기 위한 것으로서, 상기 유닛 본체(310)에 구비될 수 있다.
이러한 상기 분사 노즐(330)은, 상기 유닛 본체(310)와 수직하게 배치되며, 상기 모듈 케이스(200) 내에서 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)을 마주 하게 배치될 수 있다.
상기 분사 노즐(330)은, 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개로 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 분사 노즐(330)이 복수 개로 구비되는 것으로 한정하여 설명한다.
상기 복수 개의 분사 노즐(330)은, 상기 모듈 케이스(200)의 길이 방향을 따라 상호 소정 거리 이격 배치될 수 있다. 이하에서는, 이러한 상기 분사 노즐(330)에 대해 보다 더 구체적으로 살펴 본다.
도 4는 도 3의 소화 유닛의 분사 노즐을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 상기 분사 노즐(330)은, 노즐 본체(331), 유리 벌브(333), 노즐 캡(335) 및 가이드 리브(337)를 포함할 수 있다.
상기 노즐 본체(331)는, 상기 유닛 본체(310)의 내부 유로와 연통되게 상기 유닛 본체(310)에 장착될 수 있다. 이러한 상기 노즐 본체(331)는 상기 유닛 본체(310)의 길이 방향과 수직하게 돌출 배치될 수 있다.
상기 노즐 본체(331)에는 분사홀(332)이 구비될 수 있다.
상기 분사홀(332)은, 상기 소화제의 분사를 위한 것으로서, 상기 유닛 본체(310)의 내부 유로와 연통될 수 있다. 이러한 상기 분사홀(332)은 개방 시 상기 소화제를 외부로 분사할 수 있다.
상기 유리 벌브(333)는, 상기 노즐 본체(331)에 구비되며, 상기 유닛 본체(310)의 내부 유로를 밀폐할 수 있게 상기 분사홀(332)을 커버하도록 구성되되 상기 모듈 케이스(200) 내부가 소정 온도 이상의 내부 가스에 노출될 경우, 적어도 일부분이 파손되어 상기 내부 유로와 상기 분사홀(332)을 개방하도록 구성될 수 있다.
이러한 상기 유리 벌브(333)에는, 내부에 소정의 액체나 기체 등의 소정 물질이 채워져 있다. 이러한 소정 물질은, 온도가 상승할수록 부피가 커지는 성질을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 유리 벌브(333)는, 소정 온도, 예로써, 섭씨 70도 내지 100도 이상에서 상기 소정 물질의 부피 팽창에 의해 깨지거나, 용융되거나 또는 상기 노즐 본체(331)로부터 이탈되어 상기 분사홀(332)을 개방할 수 있다.
상기 노즐 캡(335)은, 상기 노즐 본체(331)로부터 소정 간격 이격되며, 상기 노즐 본체(331)와 함께 상기 유리 벌브(333)를 지지할 수 있다. 이러한 상기 노즐 캡(335)을 통해, 상기 유리 벌브(333)는 상기 노즐 본체(331)에 보다 더 안정적으로 지지될 수 있다.
상기 가이드 리브(337)는, 복수 개로 구비되며, 상기 노즐 본체(331)와 상기 노즐 캡(335)에 각각 연결될 수 있다. 상기 복수 개의 가이드 리브(337)는 상호 소정 거리 이격되며, 상기 유리 벌브(333)와도 소정 거리 이격 배치될 수 있다.
이러한 상기 가이드 리브(337)는, 상기 모듈 케이스(200) 내부에 소정 온도 이상의 고온의 가스 발생 시, 상기 유리 벌브(333)가 깨지거나 이탈되는 등의 동작이 보다 더 원활할 수 있게 상기 고온의 가스의 상기 유리 벌브(333) 측으로의 유동을 가이드 할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 분사 노즐에 대해 살펴 본다.
도 5는 도 3의 소화 유닛의 다른 실시예에 따른 분사 노즐을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 분사 노즐(335)은, 노즐 본체(331), 유리 벌브(333), 가이드 리브(337), 노즐 캡(338) 및 분산부(339)를 포함할 수 있다.
상기 노즐 본체(331), 상기 유리 벌브(333) 및 상기 가이드 리브(337)는 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사하므로, 이하, 중복 설명을 생략한다.
상기 노즐 캡(338)은, 상기 노즐 본체(331)를 커버할 수 있는 형상 및 크기로 마련될 수 있다. 예로써, 상기 노즐 캡(338)은 대략적으로 상기 노즐 본체(331)보다 큰 면적의 원판 형상으로 구비될 수 있다.
상기 분산부(339)는, 상기 노즐 캡(338)에 구비되며, 상기 노즐 캡(338)의 원주 방향을 따라 대략적으로 톱니 형상으로 마련될 수 있다. 이러한 상기 분산부(339)는 상기 분사홀(332)을 통한 상기 소화제 분사 시, 상기 소화제의 보다 더 광범위한 방향으로의 분산을 가이드할 수 있다.
도 6은 도 1의 배터리 모듈의 단면도이다.
도 6을 참조하면, 상기 배터리 모듈(10)은, 냉각 공급 공급부(400) 및 냉각 공기 배출부(500)를 더 포함할 수 있다.
상기 냉각 공급 공급부(400)는, 상기 모듈 케이스(200)의 전방에 구비되며, 상기 배터리 셀들(100)의 냉각을 위해 상기 배터리 모듈(10)의 상기 모듈 케이스(200) 내부로 냉각 공기를 공급할 수 있다.
상기 냉각 공기 배출부(500)는, 상기 모듈 케이스(200)의 후방에 구비되며, 상기 냉각 공급 공급부(400)와 대각선으로 배치될 수 있다. 이러한 상기 냉각 공기 배출부(500)는 상기 모듈 케이스(200) 내부에서 상기 배터리 셀들(100)을 냉각한 공기를 상기 모듈 케이스(200) 밖으로 내보낼 수 있다.
이하에서는, 이러한 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(10)의 화재 상황 발생 등의 이상 상황 발생 시, 본 실시예에 따른 소화 유닛(300)의 구체적인 매커니즘에 대해 자세히 살펴 본다.
도 7 내지 도 10은 도 1의 배터리 모듈의 화재나 열폭주 상황 발생 시 모듈 케이스 내부의 소화제 주입 매커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 상기 배터리 모듈(10)의 모듈 케이스(200) 내부의 배터리 셀들(100)에서, 적어도 하나의 배터리 셀(100)의 이상 상황에 따라, 과열 등으로 인한 화재 상황 또는 열폭주 상황이 발생될 수 있다. 이러한 화재 상황이나 열폭주 상황 발생 시, 과열된 배터리 셀(100)로 인해 상기 모듈 케이스(200) 내부에는 고온의 가스(G)가 발생될 수 있다.
상기 고온의 가스(G)에 의해, 도 8에 개시된 바와 같이, 상기 소화 유닛(300)의 상기 유리 벌브(333)가 깨지거나, 또는 용융되거나, 또는, 도 9에 개시된 바와 같이, 상기 유리 벌브(333)가 상기 노즐 본체(331)로부터 이탈되어, 상기 소화제를 분사할 수 있는 상기 분사홀(332)이 개방될 수 있다.
도 10을 참조하면, 본 실시예의 경우, 상기 분사홀(332)의 개방에 따라, 상기 소화 유닛(300) 내부의 소화제(W), 즉, 물(W)이 상기 배터리 셀들(100) 측으로 즉각적이고 직접적으로 분사될 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에서는, 상기 배터리 모듈(10)의 화재 상황이나 열폭주 상황 발생 시, 상기 소화 유닛(300)을 통해 상기 모듈 케이스(200) 내부에서 상기 배터리 셀들(100) 측으로의 즉각적이며 직접적인 소화 주수가 수행되기에, 보다 더 빠르게 신속하게 화재 상황이나 열폭주 상황을 초기 진압할 수 있다.
그러므로, 본 실시예에서는, 이러한 화재 상황이나 열폭주 상황의 신속한 초기 진압을 통해, 인접한 배터리 셀들(100)로의 열 또는 화염이 전달에 따른 2차 폭발 등의 위험 상황 발생을 보다 더 효과적으로 미연에 방지할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙을 설명하기 위한 도면이다.
도 11을 참조하면, 배터리 랙(1)은, 앞선 실시예의 상기 복수 개의 배터리 모듈(10), 상기 복수 개의 배터리 모듈(10)을 수용하는 랙 케이스(50) 및 상기 복수 개의 배터리 모듈(10)과 연결되는 소화제 공급 파이프(70)를 포함할 수 있다.
상기 소화제 공급 파이프(70)는 상기 소화 유닛(300)과 후술하는 소화 탱크 유닛(T, 도 12 참조)과 연통되어, 상기 복수 개의 배터리 모듈(10) 중 적어도 하나의 화재 상황 등의 이상 상황 발생 시 상기 소화 탱크 유닛(T)의 소화제의 상기 이상 상황이 발생된 배터리 모듈(10) 측으로의 공급을 가이드 할 수 있다.
본 실시예에 따른 상기 배터리 랙(1)은, 앞선 실시예의 상기 배터리 모듈(10)을 포함하기에, 앞선 실시예의 상기 배터리 모듈(10)의 장점을 모두 포함하는 배터리 랙(1)을 제공할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 12를 참조하면, 전력 저장 장치(E)는, 에너지원으로서, 가정용 또는 산업용으로 이용될 수 있다. 이러한 상기 전력 저장 장치(E)는, 앞선 실시예의 적어도 하나, 본 실시예의 경우, 복수 개의 배터리 랙(1) 및 상기 복수 개의 배터리 랙(1)을 수용하는 랙 컨테이너(C)를 포함할 수 있다.
상기 랙 컨테이너(C)에는 상기 복수 개의 배터리 랙(1)으로 소화제를 공급하는 소화 탱크 유닛(T)이 구비될 수 있다. 상기 소화 탱크 유닛(T) 내에는, 상기 소화제, 즉, 물로 마련되는 소화수가 채워져 있다. 이러한 상기 소화 탱크 유닛(T)은, 상기 복수 개의 배터리 랙(1)과 상기 소화제 공급 파이프(70)를 통해 연결되어, 상기 복수 개의 배터리 랙(1) 측으로 소화수를 공급할 수 있다.
본 실시예에 따른 상기 전력 저장 장치(E)는, 앞선 실시예의 상기 배터리 랙(1)을 포함하기에, 앞선 실시예의 상기 배터리 랙(1)의 장점을 모두 포함하는 전력 저장 장치(E)를 제공할 수 있다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 배터리 모듈(10) 내부의 열폭주, 또는 열폭주 등에 따른 화재 발생 시, 보다 신속하게 열폭주나 화재를 초기에 진압할 수 있는 배터리 모듈(10), 이러한 배터리 모듈(10)을 포함하는 배터리 랙(1) 및 이러한 배터리 랙(1)을 포함하는 전력 저장 장치(E)를 제공할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.

Claims (10)

  1. 배터리 모듈에 있어서,
    적어도 하나의 배터리 셀;
    상기 적어도 하나의 배터리 셀을 수용하는 모듈 케이스; 및
    상기 모듈 케이스 내부에 관통 장착되며, 소화제를 구비하는 소화 탱크 유닛과 연결되어 상기 적어도 하나의 배터리 셀의 열 폭주나 화재 발생 시, 상기 모듈 케이스 내부에 상기 소화제를 직접적으로 분사시키는 소화 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소화 유닛은,
    상기 모듈 케이스의 단부 일측에서 상기 모듈 케이스 내부를 향해 관통되어 상기 모듈 케이스의 길이 방향을 따라 길게 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 소화 유닛은,
    상기 모듈 케이스의 후면 일측에서 상기 모듈 케이스 내부를 향해 관통되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 소화 유닛은,
    내부 유로가 형성되고, 상기 소화 탱크 유닛과 연결되며, 상기 모듈 케이스에 관통되어 상기 모듈 케이스의 길이 방향을 따라 길게 배치되는 유닛 본체; 및
    상기 유닛 본체에 구비되며, 상기 모듈 케이스 내부의 배터리 셀 측으로 상기 소화제를 분사하기 위한 적어도 하나의 분사 노즐;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 분사 노즐은,
    복수 개로 구비되며,
    상기 복수 개의 분사 노즐은,
    상기 모듈 케이스의 길이 방향을 따라 상호 소정 거리 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 분사 노즐은,
    상기 유닛 본체와 연결되며, 상기 소화제의 분사를 위한 분사홀이 마련되는 노즐 본체; 및
    상기 노즐 본체에 구비되며, 상기 유닛 본체의 내부 유로를 밀폐할 수 있게 상기 분사홀을 커버하도록 구성되되 상기 모듈 케이스 내부가 소정 온도 이상의 내부 가스에 노출될 경우, 적어도 일부분이 파손되어 상기 내부 유로와 상기 분사홀을 개방하도록 구성된 유리 벌브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 분사 노즐은,
    상기 유닛 본체와 수직하게 배치되며, 상기 적어도 하나의 배터리 셀을 마주 하게 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 소화제는,
    물로 구비되는 소화수인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제1항에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈; 및
    상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 수용하는 랙 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  10. 제9항에 따른 적어도 하나의 배터리 랙;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 장치.
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