JP7371239B2 - 吸収部材を含むバッテリーモジュール、それを含むバッテリーラック及び電力貯蔵システム - Google Patents

吸収部材を含むバッテリーモジュール、それを含むバッテリーラック及び電力貯蔵システム Download PDF

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Description

本発明は、吸収部材を含むバッテリーモジュール、それを含むバッテリーラック及び電力貯蔵システムに関し、より詳しくは、２次発火または爆発の危険性を低減させたバッテリーパックに関する。
本出願は、２０２０年１月１３日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２０－０００４３７７号に基づく優先権を主張し、当該出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に組み込まれる。
現在、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、リチウム二次電池などの二次電池が商用化しているが、中でもリチウム二次電池はニッケル系の二次電池に比べてメモリ効果が殆ど起きず充放電が自在であって、自己放電率が非常に低くてエネルギー密度が高いという長所から脚光を浴びている。
このようなリチウム二次電池は、主に、リチウム系酸化物と炭素材をそれぞれ正極活物質と負極活物質として使用する。リチウム二次電池は、このような正極活物質が塗布された正極板と負極活物質が塗布された負極板とがセパレータを介在して配置された電極組立体、及び電極組立体を電解液とともに封止収納する外装材、例えば電池パウチ外装材を備える。
近年、携帯型電子機器のような小型装置だけでなく、自動車や電力貯蔵装置のような中大型装置にも二次電池が広く適用されている。中大型装置に適用される場合、容量及び出力を高めるため、多数の二次電池が電気的に接続される。特に、このような中大型装置には、積層し易いという長所からパウチ型二次電池が多く用いられている。
一方、近年、エネルギー貯蔵源としての活用を始めとして大容量構造に対する必要性が高くなるとともに、電気的に直列及び／または並列で接続された多数の二次電池から構成された複数のセルアセンブリ、及びこのような複数のセルアセンブリを内部に収容したバッテリーモジュール及びバッテリー管理システム（ＢＭＳ：Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）を備えたバッテリーパックに対する需要が増加している。
このようなバッテリーパックは、一般に、複数の二次電池を外部衝撃から保護するか又は収納保管するため、金属材質の外部ハウジングを備える。また、近年、高容量のバッテリーパックに対する需要が伸びている。
しかし、従来のバッテリーパックまたはバッテリーラックは、複数のバッテリーモジュールを備え、複数のバッテリーモジュールのうちいずれか一つのセルアセンブリで発火または熱暴走が発生すると、隣接した他のセルアセンブリに高温のガスまたは火炎が伝達されて他のセルアセンブリでも火災や熱暴走が連鎖的に起きるおそれがあるため、２次発火または爆発を防止するための努力が重ねられている。
例えば、火災や熱暴走が発生したセルアセンブリから隣接した他のセルアセンブリに熱が伝達されないように、熱を遮断できる技術の開発が必要である。
また、セルアセンブリの充放電が繰り返されるにつれてスウェリング現象が生じ得るが、スウェリング現象とともに内部の副反応（ガス）が発生するおそれがあるため、このような副反応を低減できる技術が求められている。
本発明は、上記の問題点を解決するために創案されたものであって、２次発火または爆発の危険性を低減させたバッテリーモジュールを提供することを目的とする。
本発明の他の目的及び長所は、下記の説明によって理解でき、本発明の実施形態によってより明らかに分かるであろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示される手段及びその組合せによって実現することができる。
上記の目的を達成するため、本発明の一態様によるバッテリーモジュールは、
それぞれ複数の二次電池を備えた少なくとも二つのセルアセンブリと、
少なくとも二つのセルアセンブリを内部に収納するように内部空間が形成されたモジュールハウジングと、
少なくとも二つのセルアセンブリ同士の間に介在され、モジュールハウジングの内部に供給された消火液に接触すると消火液を吸収するように構成された吸収部材と、を含む。
また、吸収部材は、消火液を吸収するように構成された合成繊維を含み得る。
さらに、合成繊維は、消火液を吸収すると体積が膨張し、体積の膨張によってモジュールハウジングの外壁の内面と接触するように構成され得る。
また、二次電池は、パウチ型二次電池であり、
両方向に長さが弾性変形するように構成された弾性部、及び弾性部の両方向の両端部がそれぞれ結合されてセルアセンブリの膨張を阻止するように構成された少なくとも二つの加圧板を備えた加圧部材をさらに含み得る。
さらに、吸収部材は、少なくとも二つの加圧板同士の間に位置し得る。
そして、吸収部材は、
合成繊維の体積膨張による外形の変形をガイドするように構成されたガイド板をさらに備え得る。
さらに、合成繊維には、弾性部の一部分が貫通して位置するように貫通口が形成され、
加圧板には、弾性部の一端または他端が挿入されるように構成された固定溝が形成され得る。
また、吸収部材は、
多孔質且つ海綿状であって、消火液を吸収するように構成された多孔質体と、
多孔質体の内部に分布して位置し、消火液を吸収するように構成された多数の吸収粒子と、を備え得る。
そして、上記の目的を達成するため、本発明の他の一態様によるバッテリーラックは、
少なくとも一つの上述したバッテリーモジュールと、
内部に消火液が収容された消火タンク、消火タンクから少なくとも一つのバッテリーモジュールに消火液を供給するように連結された配管、及びバッテリーモジュールの内部ガスが所定温度以上に過熱される場合、消火タンクから消火液がバッテリーモジュールの内部に供給されるように出口が開放される消火バルブを備えた消火ユニットと、を含む。
また、上記の目的を達成するため、本発明のさらに他の一態様による電力貯蔵システムは、バッテリーラックを少なくとも一つ含む。
本発明の一態様によれば、本発明のバッテリーモジュールは、少なくとも二つのセルアセンブリ同士の間に介在され、モジュールハウジングの内部に供給された消火液に接触すると消火液を吸収するように構成された吸収部材を含むことで、火災や熱暴走によってバッテリーモジュールの内部に消火液が供給される場合、吸収部材が消火液を吸収するため、吸収部材がセルアセンブリ同士の間の熱伝達を遮断する断熱障壁を形成することができる。すなわち、本発明の吸収部材は、セルアセンブリ同士の間の熱移動を遮断することができる。これにより、一つのセルアセンブリのうち一部の二次電池で火災や熱暴走が発生しても、隣接した他のセルアセンブリに火災や熱が伝播することを防止することができる。これにより、バッテリーモジュールの安全性を効果的に向上させることができる。
また、本発明の一態様によれば、両方向に長さが弾性変形するように構成された弾性部、及び弾性部の両端部がそれぞれ結合されてセルアセンブリの膨張を阻止するように構成された少なくとも二つの加圧板を備えた加圧部材をさらに含むことで、加圧部材によってセルアセンブリの膨張を効果的に阻止することができる。これにより、セルアセンブリの副反応が発生することを抑制することができる。すなわち、本発明は、加圧部材によってセルアセンブリの使用寿命を延ばすことができる。
そして、本発明の一態様によれば、吸収部材が少なくとも二つの加圧板同士の間に位置することで、吸収部材は加圧板によって直立した状態を安定的に維持することができる。さらに、吸収部材が消火液を吸収して体積が膨張すると、加圧板が熱暴走を起こしたセルアセンブリをさらに強く加圧できるため、セルアセンブリの膨張を効果的に阻止し、熱暴走の進行を低減させることができる。
本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施形態を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするものであるため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールを概略的に示した斜視図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの構成を概略的に示した分解斜視図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの一部構成を概略的に示した斜視図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの一部構成を概略的に示した斜視図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの一部構成を概略的に示した分解斜視図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの消火液が流入された内部の様子を概略的に示した側断面図である。 本発明の他の一実施形態によるバッテリーモジュールの一部構成を概略的に示した斜視図である。 本発明のさらに他の一実施形態によるバッテリーモジュールの一部構成を概略的に示した斜視図である。 本発明の一実施形態による電力貯蔵システムを概略的に示した斜視図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの合成繊維が消火液を吸収する前と吸収した後の写真である。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。
したがって、本明細書に記載された実施形態及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施形態に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。
図１は本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールを概略的に示した斜視図であり、図２は本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの構成を概略的に示した分解斜視図であり、図３は本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの一部構成を概略的に示した斜視図である。図３においては、バッテリーモジュール２００の内部を見るため、モジュールハウジング２１０の上部カバー２１２を除去したバッテリーモジュール２００を示した。参考までに、図２に示したＸ軸方向が右方であり、Ｙ軸方向が後方であり、Ｚ軸方向が上方である。
図１～図３を参照すると、本発明の一実施形態によるバッテリーモジュール２００は、少なくとも二つのセルアセンブリ１００、モジュールハウジング２１０及び吸収部材２２０を含み得る。
ここで、セルアセンブリ１００は、前後方向に積層された複数の二次電池１１０を含み得る。二次電池１１０は、パウチ型二次電池１１０であり得る。例えば、図２に示されたように、二つのセルアセンブリ１００は、それぞれ２１個のパウチ型二次電池１１０が前後方向（Ｙ方向）に並んで積層された形態で構成され得る。
特に、このようなパウチ型二次電池１１０は、電極組立体（図示せず）、電解液（図示せず）及びパウチ１１６を備え得る。
それぞれの二次電池１１０は、Ｆ方向（図１を参照）から眺めたとき、二つの広い面が前後方向にそれぞれ位置し、上側、下側、左側、右側にシーリング部が位置するように、地面に略垂直（Ｚ方向）に立てられる形態に配置され得る。換言すれば、各二次電池１１０は上下方向に立てられた形態で構成され得る。一方、本明細書では、特に言及しない限り、上、下、前、後、左、右の方向に対してＦ方向から眺めたときを基準とする。
ここで、パウチは、凹状の収容部が形成されているパウチから構成され得る。また、収容部には電極組立体及び電解液が収納され得る。そして、それぞれのパウチは、外部絶縁層、金属層及び内部接着層を備え、パウチ１１６の周縁部には内部接着層が互いに接着されることで、シーリング部が形成され得る。さらに、二次電池１１０の正極リード１１１ａ及び負極リード１１１ｂが形成された左右方向（Ｘ方向）の端部にそれぞれテラス部が形成され得る。
そして、電極組立体は、電極活物質が塗布された電極板と分離膜との組立体であって、一つ以上の正極板と一つ以上の負極板とが分離膜を介在して配置された形態で構成され得る。また、電極組立体の正極板には正極タブが備えられ、一つ以上の正極タブが正極リード１１１ａと連結され得る。
ここで、正極リード１１１ａは、一端が正極タブに連結され、他端がパウチ１１６の外部に露出し、露出した部分が二次電池１１０の電極端子、すなわち、二次電池１１０の正極端子として機能することができる。
また、電極組立体の負極板には負極タブが備えられ、一つ以上の負極タブが負極リード１１１ｂと連結され得る。そして、負極リード１１１ｂは、一端が負極タブに連結され、他端がパウチ１１６の外部に露出し、露出した部分が二次電池１１０の電極端子、すなわち、二次電池１１０の負極端子として機能することができる。
さらに、図１に示されたＦ方向から眺めたとき、正極リード１１１ａ及び負極リード１１１ｂは、二次電池１１０の中心を基準にして互いに反対方向（Ｘ方向）の左右側の端部に形成され得る。すなわち、正極リード１１１ａは、二次電池１１０の中心を基準にして一端部（左側端）に備えられ得る。また、負極リード１１１ｂは、二次電池１１０の中心を基準にして他端部（右側端）に備えられ得る。
例えば、図２に示されたように、セルアセンブリ１００のそれぞれの二次電池１１０は、正極リード１１１ａ及び負極リード１１１ｂが左右側にそれぞれ突出するように構成され得る。
ここで、前、後、左、右、上、下のような方向を示す用語は、観測者の位置や対象が置かれた形態によって変わり得る。ただし、本明細書では、説明の便宜上、Ｆ方向から眺めたときを基準にして、前、後、左、右、上、下などの方向を区分して示すことにする。
したがって、本発明のこのような構成によれば、一つの二次電池１１０において、正極リード１１１ａと負極リード１１１ｂとが干渉しなくなって、電極リード１１１の面積を広げることができる。
また、正極リード１１１ａ及び負極リード１１１ｂはプレート状で構成され得る。特に、正極リード１１１ａ及び負極リード１１１ｂは、広い面が前後方向に向かうように立てられた状態で水平方向（Ｘ方向）に突出し得る。
ここで、水平方向とは、二次電池１１０を地面に置いたとき、地面に平行な方向を意味し、上下方向に垂直な平面上の少なくとも一方向であるとも言える。
さらに、パウチ型二次電池１１０は、充放電によって体積が膨張／収縮し得る。すなわち、複数の二次電池１１０を備えたセルアセンブリ１００は、充放電によって全体体積が膨張／収縮し得る。
しかし、本発明によるバッテリーモジュール２００には、上述したパウチ型二次電池１１０のみに限定されず、本願の出願時点で公知の多様な二次電池１１０が採用され得る。
また、少なくとも二つのセルアセンブリ１００は、前後方向に配列され得る。例えば、図２に示されたように、二つのセルアセンブリ１００は前後方向に配列され、二つのセルアセンブリ１００同士の間には所定の離隔した距離が設けられ得る。
一方、モジュールハウジング２１０は、セルアセンブリ１００を内部に収納するように内部空間を形成し得る。具体的には、モジュールハウジング２１０は、上部カバー２１２、ベースプレート２１４、前方カバー２１５及び後方カバー２１６を含み得る。
具体的には、ベースプレート２１４は、少なくとも二つのセルアセンブリ１００を上部に載置するように、少なくとも二つのセルアセンブリ１００の下面よりも大きい面積を有し得る。ベースプレート２１４は、水平方向に延びたプレート状であり得る。
また、上部カバー２１２は、トップ部２１２ａ及びサイド部２１２ｂを備え得る。トップ部２１２ａは、セルアセンブリ１００の上部を覆うように、水平方向に延びたプレート状であり得る。サイド部２１２ｂは、セルアセンブリ１００の左右方向の両側部を覆うように、トップ部２１２ａの左右方向の両端部から下方に延びたプレート状であり得る。
そして、サイド部２１２ｂは、ベースプレート２１４の一部と結合され得る。例えば、図２に示されたように、上部カバー２１２は、前後左右側に延びたプレート状のトップ部２１２ａを備え得る。上部カバー２１２は、トップ部２１２ａの左右方向の両端部からそれぞれ下方に延びた二つのサイド部２１２ｂを備え得る。さらに、二つのサイド部２１２ｂのそれぞれの下端部は、ベースプレート２１４の左右方向の両端部と結合されるように構成され得る。このとき、結合方式は雌雄結合方式または溶接結合方式であり得る。
さらに、サイド部２１２ｂの一部には、二次電池１１０が位置した内側に盛り上がったビード部Ｂ１が備えられ得る。例えば、図２に示されたように、一つのサイド部２１２ｂには内側に盛り上がったビード部Ｂ１が８個形成され得る。
さらに、前方カバー２１５は、複数の二次電池１１０の前方を覆うように構成され得る。例えば、前方カバー２１５は、複数の二次電池１１０の前面よりも大きいプレート状であり得る。プレート状は上下方向に立てられた形態であり得る。
さらに、前方カバー２１５の外周部の一部は、ベースプレート２１４と結合され得る。例えば、前方カバー２１５の外周部の下側部はベースプレート２１４の前端部と結合され得る。さらに、前方カバー２１５の外周部の上側部は上部カバー２１２の前端部と結合され得る。ここで、結合方法としてはボルト結合が適用され得る。
また、後方カバー２１６は、セルアセンブリ１００の後方を覆うように構成され得る。例えば、後方カバー２１６は、複数の二次電池１１０の後面よりも大きいプレート状であり得る。
そして、後方カバー２１６の外周部の一部は、ベースプレート２１４と結合され得る。例えば、後方カバー２１６の外周部の下側部はベースプレート２１４の後端部と結合され得る。さらに、後方カバー２１６の外周部の上側部は上部カバー２１２の後端部と結合され得る。ここで、結合方法としてはボルト結合が適用され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、モジュールハウジング２１０が複数の二次電池１１０を外部の衝撃から安定的に保護できる構造を有しているため、バッテリーモジュール２００の外部衝撃に対する安全性を高めることができる。
一方、本発明のバッテリーモジュール２００は、セルアセンブリ１００の充放電を制御するように構成されたモジュールＢＭＳ２９０をさらに含み得る。モジュールＢＭＳ２９０は、バッテリーモジュール２００の温度及び電流を感知するように多様なセンサと電気回路を備え得る。センサと回路は図示していない。
一方、吸収部材２２０は、少なくとも二つのセルアセンブリ１００同士の間に介在され得る。吸収部材２２０は、モジュールハウジング２１０の内部に供給された消火液と接触する場合、消火液を吸収するように構成され得る。例えば、吸収部材２２０は、高吸水性樹脂（ｓｕｐｅｒ ａｂｓｏｒｂｅｎｔ ｐｏｌｙｍｅｒ）、または高吸水性樹脂を網状に紡績して形成した高吸水性繊維（ｓｕｐｅｒ ａｂｓｏｒｂｅｎｔ ｆｉｂｅｒ）を含み得る。
ここで、高吸水性繊維は、超吸収材の繊維であって、液体を保持する能力を有し、液体を吸収して流れなくする。また、匂いがなく、紡績繊維の形態である。例えば、図１０の写真は、高吸水性の合成繊維が水を吸収する前の様子と水を吸収した後の様子を示している。合成繊維は水を吸収すると、その体積が増加し得る。
ここで、高吸水性繊維は、自体重量の約５００～１，０００倍の重量の消火液（水）を吸収するように構成され得る。これにより、合成繊維の体積は少なくとも３倍以上膨張し得る。例えば、高吸水性樹脂は、澱紛系、セルロース系及び合成ポリマー系素材のうちいずれか一つ以上を含み得る。
ここで、バッテリーモジュール２００は、セルアセンブリ１００に火災または熱暴走が発生する場合、バッテリーモジュール２００の内部に消火液が供給されるように構成され得る。例えば、消火液は、炭酸カリウムのような無機塩の濃厚溶液、または水であり得る。望ましくは、消火液は水であり得る。例えば、図１～図３を参照すると、バッテリーモジュール２００には、モジュールハウジング２１０の後方カバー２１６に形成された注入孔Ｈ３から内部に消火液（図示せず）が注入され得る。
また、吸収部材２２０は、セルアセンブリ１００の前面または後面と対応する大きさの前面または後面を有し得る。例えば、吸収部材２２０は、セルアセンブリ１００の前面を遮ることのできる大きさを有し得る。すなわち、正面から眺める場合、セルアセンブリ１００は、吸収部材２２０によって遮られて見えない程度の大きさであり得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、少なくとも二つのセルアセンブリ１００同士の間に介在され、モジュールハウジング２１０の内部に供給された消火液に接触すると消火液を吸収するように構成された吸収部材２２０を含むことで、火災や熱暴走によってバッテリーモジュール２００の内部に消火液が供給される場合、吸収部材２２０が消火液を吸収するため、吸収部材２２０がセルアセンブリ１００同士の間の熱伝達を遮断する断熱障壁を形成することができる。すなわち、吸収部材２２０は、セルアセンブリ１００同士の間の熱移動を遮断することができる。これにより、一つのセルアセンブリ１００のうち一部の二次電池１１０で火災や熱暴走が発生しても、隣接した他のセルアセンブリ１００に火災や熱が伝播することを防止することができる。これにより、バッテリーモジュール２００の安全性を効果的に向上させることができる。
図４は本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの一部構成を概略的に示した斜視図であり、図５は本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの一部構成を概略的に示した分解斜視図である。
図２及び図３とともに図４及び図５を参照すると、吸収部材２２０は、合成繊維２２２を含み得る。合成繊維２２２は、長方形のパッド形態であり得る。合成繊維２２２の前後面は、セルアセンブリ１００の前面または後面と対応する大きさであり得る。合成繊維２２２は、消火液を吸収すると体積が膨張してその大きさが変わり得る。そして、合成繊維２２２は、加圧によって変形する弾性を有し得る。
さらに、合成繊維２２２は、消火液を吸収するように構成され得る。合成繊維２２２は、高吸水性樹脂を網状に紡績して形成された高吸水性繊維を含み得る。ここで、高吸水性樹脂は、自体重量の約５００～１，０００倍の重量の消火液（水）を吸収するように構成され得る。例えば、高吸水性樹脂は、ＬＧ化学製の高吸水性樹脂製品であり得る。例えば、合成繊維２２２は、アクリル酸とメチルアクリレートなどの原料を水中で一括して重合させた後、重合した高分子を抽出して網状に紡績して製造され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、吸収部材２２０が消火液を吸収するように構成された合成繊維２２２を含むことで、バッテリーモジュール２００の内部に消火液が供給される場合、吸収部材２２０が消火液を吸収して熱を遮断する障壁を形成できるため、セルアセンブリ１００同士の間の熱移動を遮断することができる。これにより、一つのセルアセンブリ１００のうち一部の二次電池１１０で火災や熱暴走が発生しても、隣接した他のセルアセンブリ１００に火災や熱が伝播することを防止することができる。これにより、バッテリーモジュール２００の安全性を効果的に向上させることができる。
図４及び図５をさらに参照すると、本発明の一実施形態によるバッテリーモジュール２００は加圧部材２６０をさらに含み得る。具体的には、加圧部材２６０は、弾性部２６２及び少なくとも二つの加圧板２６６ａ、２６６ｂを備え得る。ここで、弾性部２６２は、両方向に長さが弾性変形するように構成された部品であり得る。より具体的には、弾性部２６２は、両方向に長さが変わるように構成されたシリンダ２６２ａを備え得る。シリンダ２６２ａは、中実軸を有する円筒状の第１柱及び中空軸を有する円筒状の第２柱を備え得る。シリンダ２６２ａの長手方向の両端は、加圧板２６６ａ、２６６ｂとそれぞれ結合して固定されるように中実軸と中空軸よりも大直径の形状を有し得る。例えば、第１柱と第２柱とが結合してシリンダ２６２ａの長手方向が短くなるほど中空内部の内圧が増加して、シリンダ２６２ａが長くなる方向、すなわち軸の両方向（長手方向）に押し出す力が生じ得る。
また、弾性部２６２は、シリンダ２６２ａを囲むように構成されたバネ２６２ｂをさらに備え得る。バネ２６２ｂは、シリンダ２６２ａの中実軸と中空軸を囲むように構成され得る。さらに、バネ２６２ｂは、シリンダ２６２ａの大直径の両端部によってシリンダ２６２ａの軸方向の中心へと加圧され得る。すなわち、バネ２６２ｂは、シリンダ２６２ａの長さの変化に従って弾性方向の長さが変わるように構成され得る。例えば、シリンダ２６２ａに備えられたバネ２６２ｂはシリンダ２６２ａが短くなる場合、シリンダ２６２ａの両端部によって加圧されて弾性収縮し得る。バネ２６２ｂは、シリンダ２６２ａが延びる方向に弾性力を発生させるように構成され得る。
そして、加圧板２６６ａ、２６６ｂは、ポリカーボネートまたはＡＢＳ素材を含み得る。少なくとも二つの加圧板２６６ａ、２６６ｂは、弾性部２６２の両端部がそれぞれ結合されるように構成され得る。弾性部２６２のシリンダ２６２ａの両端部がそれぞれ少なくとも二つの加圧板２６６ａ、２６６ｂに結合され得る。
例えば、図５に示されたように、加圧部材２６０は、合成繊維２２２を基準にして、前方に位置した第１加圧板２６６ａ及び後方に位置した第２加圧板２６６ｂを備え得る。弾性部２６２のシリンダ２６２ａの一端は第１加圧板２６６ａと結合され、シリンダ２６２ａの他端は第２加圧板２６６ｂと結合されるように構成され得る。このとき、加圧板２６６ａ、２６６ｂのそれぞれには、弾性部２６２の一端または他端が挿入されるように固定溝Ｈ２が形成され得る。
例えば、図５に示されたように、第１加圧板２６６ａ及び第２加圧板２６６ｂにはそれぞれ９個の固定溝Ｈ２が形成され得る。弾性部２６２のシリンダ２６２ａの一端が第１加圧板２６６ａの固定溝Ｈ２に挿入されて固定され、シリンダ２６２ａの他端が第２加圧板２６６ｂの固定溝Ｈ２に挿入されて固定されるように構成され得る。
さらに、加圧板２６６ａ、２６６ｂはそれぞれセルアセンブリ１００の膨張を阻止するように構成され得る。すなわち、加圧板２６６ａ、２６６ｂは、セルアセンブリ１００の一面を加圧するように構成され得る。例えば、図３に示されたように、加圧部材２６０は二つのセルアセンブリ１００の間に介在され得る。二つのセルアセンブリ１００の体積が膨張する場合、加圧部材２６０の第１加圧板２６６ａは前方に位置したセルアセンブリ１００の後面を前方に加圧し、第２加圧板２６６ｂは後方に位置したセルアセンブリ１００の前面を後方に加圧し得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、両方向に長さが弾性変形するように構成された弾性部２６２、及び弾性部２６２の両端部がそれぞれ結合されてセルアセンブリ１００の膨張を阻止するように構成された少なくとも二つの加圧板２６６ａ、２６６ｂを備えた加圧部材２６０をさらに含むことで、加圧部材２６０によってセルアセンブリ１００の膨張を効果的に阻止することができる。これにより、セルアセンブリ１００の副反応が発生することを抑制することができる。すなわち、本発明は、加圧部材２６０によってセルアセンブリ１００の使用寿命を延ばすことができる。
一方、図４とともに図５をさらに参照すると、吸収部材２２０の合成繊維２２２は、少なくとも二つの加圧板２６６ａ、２６６ｂの間に位置し得る。例えば、吸収部材２２０の合成繊維２２２の前面は第１加圧板２６６ａの後面と対面し、吸収部材２２０の合成繊維２２２の後面は第２加圧板２６６ｂの前面と対面するように構成され得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、吸収部材２２０が少なくとも二つの加圧板２６６ａ、２６６ｂ同士の間に位置することで、吸収部材２２０は加圧板２６６ａ、２６６ｂによって直立した状態を安定的に維持することができる。さらに、吸収部材２２０が消火液を吸収して体積が膨張すると、加圧板２６６ａ、２６６ｂが熱暴走を起こしたセルアセンブリ１００をさらに強く加圧できるため、セルアセンブリ１００の膨張を効果的に阻止し、熱暴走の進行を低減させることができる。
また、合成繊維２２２には貫通口Ｈ１が形成され得る。貫通口Ｈ１は、弾性部２６２の一部分が貫通して位置するように構成され得る。例えば、図５に示されたように、合成繊維２２２には９個の貫通口Ｈ１が形成され得る。９個の貫通口Ｈ１には９個の弾性部２６２がそれぞれ挿入されるように構成され得る。
図６は、本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの消火液が流入された内部の様子を概略的に示した断面図である。
図６を参照すると、本発明の吸収部材２２０は合成繊維２２２がモジュールハウジング２１０の外壁の内面と接触するように構成され得る。
具体的には、吸収部材２２０は、合成繊維２２２が体積膨張によってモジュールハウジング２１０の外壁の内面と接触するように構成され得る。すなわち、セルアセンブリ１００の二次電池１１０のうち少なくとも一部に火災や熱暴走が発生し、バッテリーモジュール２００の内部に消火液（水）が流入される場合、吸収部材２２０の合成繊維２２２が消火液を吸収し、吸収した分だけの体積膨張を起こして変形し得る。合成繊維２２２は、体積膨張によってモジュールハウジング２１０の外壁の内面と接触する程度に変形し得る。例えば、図６に示されたように、吸収部材２２０の合成繊維２２２の上端はモジュールハウジング２１０の上部カバー２１２の内面と接触し得る。
また、セルアセンブリ１００に火災や熱暴走が発生し、モジュールハウジング２１０が加熱される場合、モジュールハウジング２１０の外壁の内面と接触した合成繊維２２２によって吸収部材２２０が吸収した消火液を気化させることができる。これにより、吸収部材２２０は、消火液の気化熱を用いて、モジュールハウジング２１０を効果的に冷却することができる。したがって、本発明は、高温のモジュールハウジング２１０によって隣接した他のバッテリーモジュール２００の温度が上昇することを防止できるため、熱暴走が発生したバッテリーモジュール２００と隣接した他のバッテリーモジュール２００に熱暴走が拡散することを防止することができる。
図７は、本発明の他の一実施形態によるバッテリーモジュールの一部構成を概略的に示した斜視図である。
図４とともに図７を参照すると、図７のバッテリーモジュール２００は、吸収部材２２０に備えられたガイド板２５０をさらに含み得る。
具体的には、ガイド板２５０は、合成繊維２２２の体積膨張による変形をガイドするように構成され得る。ガイド板２５０は、合成繊維２２２の左側面及び右側面にそれぞれ密着するように構成され得る。例えば、図７に示されたように、本発明の吸収部材２２０は、合成繊維２２２を基準にして左側に位置した第１ガイド板２５０及び右側に位置した第２ガイド板２５０を備え得る。第１ガイド板２５０は、加圧板２６６ａ、２６６ｂ及び合成繊維２２２の左側面の一部に結合されるように位置し得る。第２ガイド板２５０は、加圧板２６６ａ、２６６ｂ及び合成繊維２２２の右側面の一部に結合されるように位置し得る。すなわち、ガイド板２５０は、合成繊維２２２の体積膨張が発生する場合、左右側（Ｘ軸方向）への膨張を阻止し、合成繊維２２２が上方に膨張するように誘導することができる。
したがって、本発明のこのような構成によれば、吸収部材２２０が合成繊維２２２の体積膨張による外形の変形をガイドするガイド板２５０をさらに備えることで、合成繊維２２２の体積膨張によって合成繊維２２２がモジュールハウジング２１０と接触するか又は隣接したセルアセンブリ１００に加圧力を伝達できるように、合成繊維２２２の変形を誘導することができる。これにより、バッテリーモジュール２００の火災の際、熱の伝播をより効果的に防止することができる。
図８は、本発明のさらに他の一実施形態によるバッテリーモジュールの一部構成を概略的に示した斜視図である。
図３とともに図８を参照すると、図８のバッテリーモジュール２００の吸収部材２２０は多孔質体をさらに備え得る。
具体的には、多孔質体２８０は、毛細管現象を用いて消火液を吸収するように構成され得る。多孔質体２８０は多孔質且つ海綿状であり得る。例えば、多孔質体２８０はスポンジであり得る。
また、多孔質体２８０は、多数の吸収粒子２８５を内部に収容するように構成され得る。ここで、多数の吸収粒子２８５は高吸水性樹脂であり得る。高吸水性樹脂は、自体重量の約５００～１，０００倍の重量の消火液（水）を吸収するように構成され得る。これにより、高吸水性樹脂は多数の吸収粒子２８５の形態で備えられ得る。高吸水性樹脂は、水を吸収する場合、体積が少なくとも３倍以上膨張し得る。例えば、高吸水性樹脂は、澱粉系、セルロース系及び合成ポリマー系素材のうちいずれか一つ以上を含み得る。
さらに、多数の吸収粒子２８５は、多孔質体２８０の内部に分布するように構成され得る。このような場合、多孔質体２８０は、消火液と接触する場合、消火液を吸収して内部に収容された多数の吸収粒子２８５に消火液を伝達するように構成され得る。
そして、多孔質体２８０は、加圧板２６６ａ、２６６ｂ同士の間に介在されるように構成され得る。多孔質体２８０は、加圧板２６６ａ、２６６ｂのそれぞれの前後面と対応する大きさの前後面を有し得る。
したがって、本発明のこのような構成によれば、吸収部材２２０が多孔質且つ海綿状であって、消火液を吸収するように構成された多孔質体２８０、及び消火液を吸収するように構成された多数の吸収粒子をさらに備えることで、吸収部材２２０が消火液を吸収する速度を効果的に高めることができる。これにより、吸収部材２２０が迅速に二つ以上のセルアセンブリ１００同士の熱伝達を遮断することができる。結果として、本発明は、セルアセンブリ１００間の火災や熱暴走の伝播を効果的に防止することができる。
図２をさらに参照すると、本発明のバッテリーモジュール２００は、セルアセンブリ１００の充放電を制御するように構成されたモジュールＢＭＳ２９０をさらに含み得る。モジュールＢＭＳ２９０は、バッテリーモジュール２００の温度及び電流を感知するように多様なセンサと電気回路を備え得る。ここで、センサと回路は図示していない。
一方、バスバーアセンブリ２７０は、少なくとも一つのバスバー２７２、及びバスバー２７２が取り付けられる少なくとも一つのバスバーフレーム２７６を備え得る。
具体的には、バスバー２７２は、電気伝導率に優れた銅、ニッケル、アルミニウムなどの金属を含む合金であり得る。バスバー２７２は、複数の二次電池１１０を電気的に相互に接続するように構成され得る。すなわち、バスバー２７２は、電極リード１１１の一部分が接触するように構成され得る。バスバー２７２はプレート状であり得る。例えば、図２に示されたように、バスバー２７２は、前後方及び上下方に延びたプレート状であり得る。
また、バスバーフレーム２７６は、電気絶縁性材料を含んでなり得る。例えば、バスバーフレーム２７６は、プラスチック材料を含み得る。より詳しくは、プラスチック材料はポリ塩化ビニルであり得る。
例えば、図２に示されたように、バッテリーモジュール２００は、４個のバスバーアセンブリ２７０を含み得る。バスバーアセンブリ２７０は、セルアセンブリ１００の左側及び右側にそれぞれ位置し得る。４個のバスバーアセンブリ２７０は、それぞれ、４個のバスバー２７２、及び４個のバスバー２７２が外側に載置されたバスバーフレーム２７６を備え得る。
図９は、本発明の一実施形態による電力貯蔵システムを概略的に示した斜視図である。
図９を参照すると、本発明の一実施形態による電力貯蔵システム４００は、少なくとも一つのバッテリーラック３００を含み得る。二つ以上のバッテリーラック３００は、一方向に並んで配置され得る。
また、本発明の一実施形態によるバッテリーラック３００は、少なくとも一つのバッテリーモジュール２００、及び消火ユニット３２０を含み得る。また、バッテリーラック３００は、少なくとも一つのバッテリーモジュール２００を内部に収容するラックケース３１０を備え得る。
具体的には、消火ユニット３２０は、消火タンク３２２、配管３２３及び消火バルブ３２５を備え得る。
まず、消火タンク３２２は、内部に消火液（図示せず）が収容され得る。例えば、消火タンク３２２の容量は５９Ｌであり得、圧縮ガスは８ｂａｒの窒素であり得、消火液は４０Ｌの水であり得る。ここで、消火液として水を使用する場合、バッテリーモジュール２００の内部に噴霧したとき、消火冷却効果とともに熱遮断作用をするため、特に熱暴走による高温のガス及び火炎が発生した場合、熱の伝播を防止するのに効果的である。これにより、複数のバッテリーモジュール２００間で火災や熱暴走が拡散することを効果的に防止することができる。
また、配管３２３は、消火タンク３２２から少なくとも二つのバッテリーモジュール２００のそれぞれに消火液を供給するように連結され得る。例えば、配管３２３は水によって腐食しない素材を含んでなり得る。例えば、配管３２３はステンレス鋼を含み得る。配管３２３は、一端が消火タンク３２２の吐出口３２１と連結されるように構成され得る。配管３２３は、他端が少なくとも二つのバッテリーモジュール２００それぞれの内部まで延長した形態を有し得る。
例えば、配管３２３は、消火タンク３２２の消火液が吐出される吐出口３２１と連結され得る。例えば、図９に示されたように、配管３２３は、消火タンク３２２の吐出口３２１と連結された配管３２３であり得る。
さらに、消火バルブ３２５は、バッテリーモジュール２００の内部ガス（空気）が所定温度以上に過熱される場合、消火タンク３２２から消火液がバッテリーモジュール２００の内部に供給されるように構成され得る。すなわち、消火バルブ３２５は、所定温度以上のバッテリーモジュール２００の内部に消火液が注入されるように出口が開放可能に構成され得る。消火バルブ３２５は、消火ユニット３２０から信号を受信し、バルブの開閉を制御可能なアクティブバルブ（ａｃｔｉｖｅ ｖａｌｖｅ）であり得る。より具体的には、アクティブバルブは、制御バルブ、電動バルブ、ソレノイドバルブまたは空気圧バルブなどであり得る。
さらに、アクティブバルブは、内部温度が所定温度以上に上昇したバッテリーモジュール２００に消火タンク３２２から消火液を供給するように構成され得る。アクティブバルブは、バッテリーモジュール２００の内部温度が所定温度以上になる場合、トッププレートの下に位置した制御部３５０で感知し、制御部３５０によって能動的に開放されるように構成され得る。このとき、制御部３５０は、複数のバッテリーモジュール２００のうち最上部Ｔに位置したバッテリーモジュール２００上に位置し得る。
消火ユニット３２０は、制御部３５０を備え得る。具体的には、制御部３５０は、温度感知センサから所定温度以上の温度が感知される場合、アクティブバルブが開放されるように構成され得る。例えば、制御部３５０は、アクティブバルブを制御する信号を送信可能に構成され得る。
なお、本明細書において、上、下、左、右、前、後のような方向を示す用語が使用されたが、このような用語は説明の便宜のためのものであるだけで、対象となる事物の位置や観測者の位置などによって変わり得ることは、当業者にとって自明である。
以上のように、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。
２００：バッテリーモジュール
１００：セルアセンブリ
１１０：二次電池
２１０：モジュールハウジング
２２０：吸収部材
２２２：合成繊維
２５０：ガイド板
２６０：加圧部材
２６２：弾性部
２６６：加圧板
２７０：バスバーアセンブリ
２７２：バスバー
２７６：バスバーフレーム
Ｈ１：貫通口
Ｈ２：固定溝
２８０：多孔質体
２８５：吸収粒子
３２０：消火ユニット
３２５：消火バルブ
３２２：消火タンク
３２３：配管
３００：バッテリーラック
４００：電力貯蔵システム

Claims (8)

  1. それぞれ複数の二次電池を備えた少なくとも二つのセルアセンブリと、
    前記少なくとも二つのセルアセンブリを内部に収納するように内部空間が形成されたモジュールハウジングと、
    前記少なくとも二つのセルアセンブリ同士の間に介在され、前記モジュールハウジングの内部に供給された消火液に接触すると消火液を吸収することによって膨張するように構成された吸収部材と、
    を含む、バッテリーモジュールであって、
    前記吸収部材は、前記消火液を吸収するように構成された合成繊維を含み、
    前記合成繊維は、消火液を吸収すると体積が膨張し、体積の膨張によって前記モジュールハウジングの外壁の内面と接触するように構成された、バッテリーモジュール。
  2. 前記二次電池は、パウチ型二次電池であり、
    両方向に長さが弾性変形するように構成された弾性部、及び前記弾性部の両方向の両端部がそれぞれ結合されて前記セルアセンブリの膨張を阻止するように構成された少なくとも二つの加圧板を備えた加圧部材をさらに含む、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  3. 前記吸収部材は、前記少なくとも二つの加圧板同士の間に位置する、請求項２に記載のバッテリーモジュール。
  4. 前記吸収部材は、前記合成繊維の体積膨張による外形の変形をガイドするように構成されたガイド板をさらに備える、請求項２に記載のバッテリーモジュール。
  5. 前記合成繊維には、前記弾性部の一部分が貫通して位置するように貫通口が形成され、
    前記加圧板には、前記弾性部の一端または他端が挿入されるように構成された固定溝が形成された、請求項２に記載のバッテリーモジュール。
  6. 前記吸収部材は、
    多孔質且つ海綿状であって、前記消火液を吸収するように構成された多孔質体と、
    前記多孔質体の内部に分布して位置し、前記消火液を吸収するように構成された多数の吸収粒子と、を備える、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
  7. 少なくとも一つの、請求項１から６のうちいずれか一項に記載のバッテリーモジュールと、
    内部に消火液が収容された消火タンク、前記消火タンクから前記少なくとも一つのバッテリーモジュールに前記消火液を供給するように連結された配管、及び前記バッテリーモジュールの内部ガスが所定温度以上に過熱される場合、前記消火タンクから前記消火液が前記バッテリーモジュールの内部に供給されるように出口が開放される消火バルブを備えた消火ユニットと、を含む、バッテリーラック。
  8. 請求項７に記載のバッテリーラックを少なくとも一つ含む、電力貯蔵システム。
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