KR20230012807A - 배터리 랙 및 이를 포함하는 전력 저장 장치 - Google Patents

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KR20230012807A
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권민석
신영준
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙은, 소정 기간이나 소정 용량이 사용된 적어도 하나의 배터리 팩 및 적어도 하나의 배터리 팩을 수용하며, 적어도 하나의 배터리 팩보다 높은 높이를 갖는 배터리 팩 프레임을 포함하며, 적어도 하나의 배터리 팩에는, 적어도 하나의 배터리 팩의 내부를 개방시킬 수 있는 서비스 플러그가 구비되는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 랙 및 이를 포함하는 전력 저장 장치{BATTERY RACK AND ENERGY STORAGE SYSTEM COMPRISING THE BATTERY RACK}
본 발명은 배터리 랙, 이를 포함하는 전력 저장 장치에 관한 것이다.
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. 한편, 이러한 배터리 랙을 적어도 하나 이상 구비하여 에너지원으로서 전력 저장 장치를 구성한다.
종래 전기 자동차 등에 사용된 배터리 팩의 경우, 일반적으로 소정 기간이나 소정 용량이 사용되면, 자동차 등의 주행 성능 저하로 인해 폐기되었다. 폐기되는 배터리 팩의 경우, 일반적으로, 산화코발트, 리튬, 망간, 니켈 등을 포함하고 있는 바, 환경 오염이나 화재나 감전 등의 위험성이 있는 문제가 있다.
이러한 전기 자동차 등에 사용되고 이후 폐기되는 배터리 팩, 즉, 전기차 폐배터리 팩의 70 내지 80 퍼센트 정도는 자동차의 연료원이 아닌 다른 분야에서는 재활용이 가능할 수 있다. 특히, 이러한 전기차 폐배터리 팩을 ESS로 불리는 전력 저장 장치(Enery Storage System)에 재활용될 수 있다. 이렇게 재활용되는 전기차 폐배터리 팩은 리유즈 배터리 팩으로 명명되기도 한다.
그러므로, 소정 기간이나 소정 용량이 사용된 배터리 팩, 즉, 리유즈 배터리 팩을 전력 저장 장치 등의 다른 분야에 보다 더 안정적으로 재사용할 수 있는 방안의 모색이 요청된다. 특히, 이러한 소정 기간이나 소정 용량이 사용된 배터리 팩의 경우, 과열 등에 따른 화재 등의 위험성이 더 클 수 있으므로, 이러한 배터리 팩을 수용하는 배터리 팩 프레임과 같은 구조물의 설계나 화재 방지 등의 매커니즘이 보다 더 중요한 요소로 대두되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 소정 기간이나 소정 용량을 사용된 재사용을 위한 배터리 팩을 보다 더 안정적으로 수용하면서 과열과 같은 이상 상황에 따른 화재 발생 시에도 안전성을 확보할 수 있는 배터리 랙 및 이를 포함하는 전력 저장 장치를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 해결하기 위해, 본 발명은, 배터리 랙으로서, 소정 기간이나 소정 용량이 사용된 적어도 하나의 배터리 팩; 및 상기 적어도 하나의 배터리 팩을 수용하며, 상기 적어도 하나의 배터리 팩보다 높은 높이를 갖는 배터리 팩 프레임;을 포함하며, 상기 적어도 하나의 배터리 팩에는, 상기 적어도 하나의 배터리 팩의 내부를 개방시킬 수 있는 서비스 플러그;가 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 랙을 제공한다.
상기 배터리 팩 프레임에는, 상기 적어도 하나의 배터리 팩의 이상 상황 발생 시 상기 적어도 하나의 배터리 팩이 소정 높이로 잠길 수 있게 내부에 냉각수가 주입될 수 있다.
상기 서비스 플러그는, 상기 이상 상황 발생 시, 상기 적어도 하나의 배터리 팩의 내부 압력이 소정 압력 이상으로 상승하면 상기 적어도 하나의 배터리 팩의 내부를 개방시켜 상기 냉각수가 상기 적어도 하나의 배터리 팩 내부에 직접적으로 주입되게끔 가이드 할 수 있다.
상기 서비스 플러그는, 상기 적어도 하나의 배터리 팩의 상면에 구비될 수 있다.
상기 배터리 팩 프레임의 상측에는, 상기 냉각수의 주수를 위한 적어도 하나의 주수 파이프;가 배치될 수 있다.
상기 적어도 하나의 주수 파이프에는, 상기 적어도 하나의 배터리 팩 측으로 상기 냉각수를 분사하는 적어도 하나의 스프링쿨러;가 구비될 수 있다.
상기 서비스 플러그는, 상기 적어도 하나의 스프링쿨러 가까이에 배치될 수 있다.
상기 배터리 팩 프레임에는, 상기 적어도 하나의 배터리 팩과 전기적으로 연결하기 위한 적어도 하나의 케이블이 관통되는 적어도 하나의 케이블 관통부;가 형성될 수 있다.
상기 적어도 하나의 케이블 관통부에는, 상기 냉각수의 유출을 방지하기 위한 적어도 하나의 케이블 실링부재;가 장착될 수 있다.
상기 배터리 팩은, 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차에서 사용된 배터리 팩일 수 있다.
상기 배터리 팩은, 복수 개로 구비되며, 상기 복수 개의 배터리 팩은, 상호 전기적으로 연결될 수 있게 상기 배터리 랙의 높이 방향을 따라 상호 적층될 수 있다.
그리고, 본 발명은, 전력 저장 장치로서, 전술한 실시예들에 따른 적어도 하나의 배터리 랙;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 장치를 제공한다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 소정 기간이나 소정 용량을 사용된 재사용을 위한 배터리 팩을 보다 더 안정적으로 수용하면서 과열과 같은 이상 상황에 따른 화재 발생 시에도 안전성을 확보할 수 있는 배터리 랙 및 이를 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 랙을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 배터리 랙의 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1의 배터리 랙의 배터리 팩 프레임을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 3의 배터리 팩 프레임의 다른 실시예에 따른 지지 프레임을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 1의 배터리 랙의 주요부를 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 도 7은 도 1의 배터리 랙의 배터리 팩의 과열에 따른 이상 상황 발생 시 화재 확산 방지를 위한 냉각수 주수 매커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 8 및 도 9은 도 7의 냉각수 주수 시, 이상 상황이 발생된 배터리 팩의 하측에 배치된 배터리 팩 측으로의 냉각수 유입 방지 매커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 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 랙을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 배터리 랙(10)은, 적어도 하나의 배터리 팩(100) 및 상기 적어도 하나의 배터리 팩(100)을 수용하는 적어도 하나의 배터리 팩 프레임(200)을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 적어도 하나의 배터리 팩(100)은, 이상 상황 발생 시, 상기 적어도 하나의 배터리 팩(100)의 내부 압력이 소정 압력 이상으로 상승하면 상기 적어도 하나의 배터리 팩(100)의 내부를 개방시켜 냉각수가 상기 적어도 하나의 배터리 팩(100) 내부에 직접적으로 주입되게끔 가이드 하는 서비스 플러그(150)를 구비할 수 있다. 상기 서비스 플러그(150)에 대해서는 하기 관련 설명에서 보다 구체적으로 살펴 본다.
상기 적어도 하나의 배터리 팩(100)은, 소정 기간이나 소정 용량을 사용한 배터리 팩일 수 있다. 구체적으로, 상기 적어도 하나의 배터리 팩(100)은, 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차에서 사용된 배터리 팩일 수 있다. 이러한 상기 적어도 하나의 배터리 팩은, 리유즈 배터리 팩으로도 지칭될 수 있다.
상기 배터리 팩(100)은, 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개로 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서, 상기 배터리 팩(100)은, 복수 개로 구비되는 것으로 한정하여 설명한다.
이하, 이러한 상기 배터리 팩(100)에 대해 보다 더 구체적으로 살펴 본다.
도 2는 도 1의 배터리 랙의 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 상기 배터리 팩(100)은, 배터리 셀(110), 팩 케이스(130) 및 서비스 플러그(150)를 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀(110)은, 이차 전지로서, 파우치형 이차 전지, 각형 이차 전지 또는 원통형 이차 전지로 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서, 상기 배터리 셀(110)은, 이차 전지로서, 파우치형 이차 전지인 것으로 한정하여 설명한다.
상기 배터리 셀(110)은, 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개로 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서, 상기 배터리 셀(110)은, 복수 개로 구비되어 상호 전기적으로 연결되는 배터리 셀 조립체로 구비되는 것으로 한정하여 설명한다.
상기 팩 케이스(130)는, 상기 복수 개의 배터리 셀(110) 및 상기 배터리 팩(100)을 구성하는 각종 전장 부품 및 냉각 유닛 등을 수용할 수 있다. 이를 위해, 상기 팩 케이스(130)에는, 전술한 상기 배터리 팩(100)을 구성하는 구성 부품 등을 수용할 수 있는 수용 공간이 마련될 수 있다.
상기 서비스 플러그(150)는, 상기 배터리 팩(100)의 점검이나 관리 시, 작업자 등의 감전 사고 등을 방지하기 위해, 사용자 조작에 따라 상기 배터리 팩(100)의 전기적 연결을 차단할 수 있는 것으로서, 상기 팩 케이스(130)에 장착되어 상기 배터리 셀들(110)이나 상기 배터리 팩(100)의 전장 부품 등과 전기적으로 연결될 수 있다.
이러한 상기 서비스 플러그(150)는, 이상 상황 발생 시, 상기 적어도 하나의 배터리 팩(100)의 내부 압력이 소정 압력 이상으로 상승하면 상기 적어도 하나의 배터리 팩(100)의 내부를 개방시켜 상기 냉각수가 상기 적어도 하나의 배터리 팩(100) 내부에 직접적으로 주입되게끔 가이드 할 수 있다.
상기 서비스 플러그(150)는, 상기 작업자 등의 사용자 조작 등의 용이함을 위해, 상기 배터리 팩(100)의 상면, 즉, 상기 팩 케이스(130)의 상측에 구비될 수 있다. 아울러, 상기 서비스 플러그(150)는, 상기 이상 상황 시 상기 배터리 팩(100) 내부로의 냉각수 주입을 원활히 할 수 있게 상기 팩 케이스(130)의 상면에서 후술하는 주수 파이프(400) 하측 가까이에 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 서비스 플러그(150)는, 후술하는 주수 파이프(400)의 적어도 하나의 스프링쿨러(450) 가까이에 배치될 수 있다.
상기 서비스 플러그(150)의 상측에는, 상기 배터리 팩(100)의 내부 압력이 소정 압력 이상으로 상승하면, 상기 배터리 팩(100)의 팩 케이스(130) 내부가 외부와 연통되게 상기 서비스 플러그(150) 내부를 개방시킬 수 있는 플러그 커버(155)가 구비될 수 있다. 상기 플러그 커버(155)는, 상기 배터리 팩(100)의 내부 압력이 소정 압력 이상으로 상승하면 상기 서비스 플러그(150) 내부를 개방시킬 수 있게 동작할 수 있다. 이러한 상기 플러그 커버(155)의 개방 동작은, 패시브 방식 또는 액티브 방식으로 수행될 수 있다. 예로써, 상기 플러그 커버(155)는, 기 설정된 소정 압력에서 개방되는 회동 구조 또는 밸브 구조로 마련되거나, 또는, 상기 배터리 팩(100)의 전장 제어부와 연결되어 기 설정된 소정 압력에서 상기 전장 제어부에 제어에 따라 동작하는 회동 구조 또는 밸브 구조로 마련될 수 있다. 이는 예시적인 것일 뿐, 상기 플러그 커버(155)의 개폐 구조는, 상기 배터리 팩(100)의 내부 압력이 소정 압력 이상 시 상기 서비스 플러그(150)의 개방시킬 수 있는 기타 다른 방식의 구조라도 가능할 수 있음은 물론이다.
상기 적어도 하나의 배터리 팩 프레임(200)은, 소정 기간이나 소정 용량이 사용된 상기 적어도 하나의 배터리 팩(100)을 수용하며, 상기 적어도 하나의 배터리 팩(100)보다 높은 높이를 가질 수 있다.
이러한 상기 적어도 하나의 배터리 팩 프레임(200)은, 상기 적어도 하나의 배터리 팩(100)의 과열에 따른 이상 상황 발생 시 상기 적어도 하나의 배터리 팩(100)이 소정 높이로 잠길 수 있게 내부에 냉각수(C)가 채워질 수 있다.
상기 적어도 하나의 배터리 팩 프레임(200)은, 상기 소정 기간이나 소정 용량이 사용된 상기 적어도 하나의 배터리 팩(100)을 보다 더 안정적으로 수용함과 아울러 상기 적어도 하나의 배터리 팩(100)의 과열 등에 따른 이상 상황에 따른 화재 등의 위험 상황 발생 시, 상기 내부에 채워지는 냉각수(C)를 통해 상기 화재 등의 위험 상황을 보다 더 신속하게 진압할 수 있다.
이러한 상기 배터리 팩 프레임(200)은, 복수 개로 구비되며, 상기 복수 개의 배터리 팩 프레임(200)은, 상기 배터리 랙(10)의 높이 방향을 따라 상호 적층되게 배치될 수 있다.
이하, 이러한 상기 적어도 하나의 배터리 팩 프레임(200)에 대해 보다 더 구체적으로 살펴 본다.
도 3은 도 1의 배터리 랙의 배터리 팩 프레임을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 배터리 팩 프레임(200)은, 상부가 노출되며, 내부에 상기 적어도 하나의 배터리 팩(100)을 수용할 수 있는 수용 공간을 구비할 수 있다.
상기 배터리 팩 프레임(200)의 상측에는, 상기 냉각수(C)의 주수를 위한 적어도 하나의 주수 파이프(400, 도 5 참조)가 배치될 수 있다. 상기 적어도 하나의 주수 파이프(400)에 대해서는 하기 관련 설명에서 보다 더 구체적으로 살펴 본다.
또한, 상기 배터리 팩 프레임(200)의 상측에는, 상기 적어도 하나의 배터리 팩(100)의 과열에 따른 이상 상황 발생 시 연기를 감지할 수 있는 적어도 하나의 연기 감지 센서(500, 도 5 참조)가 구비될 수 있다. 상기 적어도 하나의 연기 감지 센서(500)에 대해서는 하기 관련 설명에서 보다 더 구체적으로 살펴 본다.
아울러, 상기 상기 배터리 팩 프레임(200)의 상측에는, 상기 적어도 하나의 연기 감지 센서(500, 도 5 참조)가 장착되며, 상기 적어도 하나의 연기 감지 센서(500)를 지지하기 위한 센서 지지대(600)가 구비될 수 있다. 상기 센서 지지대(600)에 대해서는 하기 관련 설명에서 보다 더 구체적으로 살펴 본다.
상기 배터리 팩 프레임(200)은, 수조 프레임(210) 및 지지 프레임(250)을 포함할 수 있다.
상기 수조 프레임(210)은, 상기 적어도 하나의 배터리 팩(100)을 수용하며, 상부가 노출되며, 내부에 상기 냉각수(C, 도 7 참조)가 채워질 수 있는 수용 공간이 마련될 수 있다.
이러한 상기 수조 프레임(210)은, 적어도 하나의 케이블 관통부(212), 적어도 하나의 케이블 실링부재(214), 쿨링 인렛 관통부(215), 쿨링 아웃렛 관통부(216), 인렛 실링부재(217) 및 아웃렛 실링부재(218)를 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 케이블 관통부(212)는, 상기 배터리 팩 프레임(200)의 일측, 구체적으로, 상기 수조 프레임(210)의 일측에 형성되며, 상기 상기 적어도 하나의 배터리 팩(100)과 전기적으로 연결하기 위한 적어도 하나의 케이블(700)을 관통시킬 수 있다.
상기 적어도 하나의 케이블 실링부재(214)는, 상기 적어도 하나의 케이블 관통부(212)를 통한 상기 냉각수(C)의 유출을 방지하기 위한 것으로서, 상기 적어도 하나의 케이블 관통부(212)에 장착될 수 있다.
이러한 상기 적어도 하나의 케이블 실링부재(214)는, 상기 적어도 하나의 케이블 관통부(212)에 장착될 수 있다. 이러한 상기 적어도 하나의 케이블 실링부재(214)는, 상기 수조 프레임(210) 내에 냉각수(C, 도 7 참조)가 채워질 때, 상기 냉각수(C)의 상기 케이블 관통부(212)를 통한 상기 수조 프레임(210) 밖으로의 유출을 방지할 수 있다.
상기 쿨링 인렛 관통부(215)는, 상기 배터리 팩 프레임(200)의 일측, 구체적으로, 상기 수조 프레임(210)의 일측에 형성되며, 상기 배터리 팩(100)의 냉각을 위한 쿨링 인렛(800)을 관통시킬 수 있다.
상기 쿨링 아웃렛 관통부(216)는, 상기 배터리 팩 프레임(200)의 일측, 구체적으로, 상기 수조 프레임(210)의 일측에 형성되며, 상기 배터리 팩(100)의 냉각을 위한 쿨링 아웃렛(900)을 관통시킬 수 있다.
상기 인렛 실링부재(217)는, 상기 쿨링 인렛 관통부(215)에 장착될 수 있다. 이러한 상기 인렛 실링부재(217)는, 상기 수조 프레임(210) 내에 냉각수(C, 도 7 참조)가 채워질 때, 상기 냉각수(C)의 상기 쿨링 인렛 관통부(215)를 통한 상기 수조 프레임(210) 밖으로의 유출을 방지할 수 있다.
상기 아웃렛 실링부재(218)는, 상기 쿨링 아웃렛 관통부(216)에 장착될 수 있다. 이러한 상기 아웃렛 실링부재(218)는, 상기 수조 프레임(210) 내에 냉각수(C, 도 7 참조)가 채워질 때, 상기 냉각수(C)의 상기 쿨링 아웃렛 관통부(216)를 통한 상기 수조 프레임(210) 밖으로의 유출을 방지할 수 있다.
상기 지지 프레임(250)은, 상기 수조 프레임(210)의 저부에 구비되며, 상기 수조 프레임(210)의 저면 테두리보다 바깥쪽으로 돌출된 테두리를 가질 수 있다. 즉, 상기 지지 프레임(250)은, 상기 수조 프레임(210)의 바닥 면적보다 더 넓은 면적을 갖도록 형성될 수 있다.
이러한 상기 지지 프레임(250)은, 상기 배터리 팩 프레임(200)의 강성을 확보할 수 있다. 아울러, 상기 지지 프레임(250)은, 상기 수조 프레임(210) 밖으로 상기 냉각수(C, 도 8 참조)의 넘침 등의 발생 시, 인접한 배터리 팩 프레임(200)의 수조 프레임(210) 내부로의 상기 냉각수(C)의 침투 등을 방지할 수 있다.
도 4는 도 3의 배터리 팩 프레임의 다른 실시예에 따른 지지 프레임을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 배터리 팩 프레임(205)은, 수조 프레임(210) 및 지지 프레임(255)을 포함할 수 있다.
상기 수조 프레임(210)은, 앞선 실시예와 실적으로 동일하거나 또는 유사하므로, 이하, 중복 설명을 생략한다.
상기 지지 프레임(255)의 테두리에는, 상기 수조 프레임(210)으로부터 냉각수(C, 도 9 참조) 유출 시 상기 냉각수(C)가 하부로 흐르는 것을 방지할 수 있게 소정 높이의 단턱부(257)가 형성될 수 있다.
상기 단턱부(257)를 통해, 상기 지지 프레임(255)의 테두리에는, 상기 냉각수(C)를 소정 높이로 2차적으로 수용할 수 있는 냉각수 추가 수용 공간이 형성될 수 있다. 아울러, 상기 지지 프레임(255)의 테두리에 형성되는 냉각수 추가 수용 공간의 일측에는, 상기 냉각수(C)의 배수를 위한 배수 파이프가 연결될 수 있다.
이하, 상기 배터리 랙(10)의 기타 주요 구성들에 대해 보다 더 구체적으로 살펴 본다.
도 5는 도 1의 배터리 랙의 주요부를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 상기 배터리 랙(10)은, 랙 프레임(300), 주수 파이프(400), 연기 감지 센서(500), 센서 지지대(600), 적어도 하나의 케이블(700), 쿨링 인렛(800) 및 쿨링 아웃렛(900)를 더 포함할 수 있다.
상기 랙 프레임(300)은, 상기 복수 개의 배터리 팩 프레임(200)를 지지함과 아울러 상기 복수 개의 배터리 팩 프레임(200)의 수직 방향 적층을 가이드할 수 있다.
상기 주수 파이프(400)는, 복수 개로 구비되며, 각각의 배터리 팩 프레임(100)의 상측에 배치될 수 있다. 이러한 상기 주수 파이프(400)는, 상기 배터리 랙(10) 외부에 구비되는 냉각수 탱크(미도시)에 연결될 수 있다.
각각의 주수 파이프(400)에는, 상기 적어도 하나의 배터리 팩(100) 측으로 상기 냉각수(C)를 분사하는 적어도 하나의 스프링쿨러(450)가 구비될 수 있다.
상기 적어도 하나의 스프링쿨러(450)는, 상기 배터리 팩 프레임(100)의 상측에서 상기 배터리 팩(100)의 상측에 배치될 수 있다. 이러한 상기 스프링쿨러(450)는, 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개로 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 스프링쿨러(450)가 복수 개로 구비되는 것으로 한정하여 설명한다.
상기 연기 감지 센서(500)는, 상기 배터리 팩(100)의 과열 등에 따른 화재 상황 발생 시 화재 상황을 감지하기 위해 상기 배터리 팩(100)에서 나오는 연기를 감지할 수 있다.
이러한 상기 연기 감지 센서(500)는, 상기 배터리 팩(100) 외부로 가장 먼저 연기가 새어나올 가능성이 높은 상기 배터리 팩(100)의 상기 서비스 플러그(150) 상측에 배치될 수 있다.
상기 센서 지지대(600)는, 상기 연기 감지 센서(500)를 보다 더 안정적으로 지지하기 위한 것으로서, 소정 길이의 바 형상으로 구비되어 상기 배터리 팩 프레임(200)의 상기 수조 프레임(210)에 장착될 수 있다.
상기 적어도 하나의 케이블(700)은, 상기 배터리 팩(100) 내의 전장 부품 등과 외부 전장 유닛과의 연결을 위한 것으로서, 상기 배터리 팩(100)과 연결될 수 있다.
이러한 상기 적어도 하나의 케이블(700)은, 상기 배터리 팩 프레임(200)의 상기 수조 프레임(210)의 상기 케이블 관통부(212)를 관통하여 상기 수조 프레임(210) 내에서 상기 배터리 팩(100)과 연결될 수 있다.
상기 적어도 하나의 케이블(700)의 외면은, 상기 수조 프레임(210) 내에 상기 냉각수(C, 도 7 참조)가 채워질 때, 전기적 쇼트 방지를 위해 방수 실링 피복될 수 있다.
상기 쿨링 인렛(800)은, 상기 배터리 팩(100)의 냉각을 위한 것으로서, 외부 냉각 유닛과 상기 배터리 팩(100)을 연결할 수 있다. 이러한 상기 쿨링 인렛(800)은, 상기 수조 프레임(210)의 상기 쿨링 인렛 관통부(215)를 관통하여 상기 수조 프레임(210) 내에서 상기 배터리 팩(100)과 연결될 수 있다.
상기 쿨링 아웃렛(900)은, 상기 배터리 팩(100)의 냉각을 위한 것으로서, 외부 냉각 유닛과 상기 배터리 팩(100)을 연결할 수 있다. 이러한 상기 쿨링 아웃렛(900)은, 상기 수조 프레임(210)의 상기 쿨링 인렛 관통부(215)를 관통하여 상기 수조 프레임(210) 내에서 상기 배터리 팩(100)과 연결될 수 있다.
이하에서는, 이러한 본 실시예에 따른 상기 배터리 랙(10)의 배터리 팩(100)의 과열에 따른 이상 상황 발생 시 화재 확산 방지 매커니즘에 대해 보다 더 구체적으로 살펴 본다.
도 6 및 도 7은 도 1의 배터리 랙의 배터리 팩의 과열에 따른 이상 상황 발생 시 화재 확산 방지를 위한 냉각수 주수 매커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 배터리 랙(10)에서, 상기 배터리 팩(100)에서 적어도 하나의 특정 배터리 팩(100)에서 이상 상황이 발생할 수 있다. 상기 배터리 팩(100)의 경우, 소정 기간이나 소정 용량이 사용된 리유즈 배터리 팩(100)인 바, 과열 등에 따른 이상 상황이 발생할 수 있으며, 이에 따라, 화재 등으로 이어질 수 있는 위험이 있다.
본 실시예의 경우, 특정한 배터리 팩(100), 예로써, 상기 배터리 팩(10)의 최상층에 배치된 배터리 팩(100)에서 과열 등에 따른 이상 상황에 따른 화재 등의 발생 시, 이러한 화재 상황이 발생한 특정 배터리 팩(100)에 대해 보다 더 신속한 화재 진압을 수행함과 아울러 인접한 배터리 팩(100) 측으로의 열 전파를 보다 더 빠르게 차단할 수 있다.
구체적으로, 이상 상황에 따라, 상기 배터리 팩(100)이 과열되어 연기나 화염 등이 발생할 경우, 상기 연기 감지 센서(500)는 이러한 연기 등을 감지하여, 이상 상황을 신속히 감지할 수 있다. 상기 연기 감지 센서(500)에서 상기 연기 등이 감지되면, 상기 이상 상황이 발생한 배터리 팩(100)의 상측에 배치된 상기 주수 파이프(400)의 상기 스프링 쿨러들(450)에서 냉각수(C)가 상기 이상 상황이 발생한 배터리 팩(100) 측으로 신속히 분사될 수 있다.
이때, 상기 배터리 팩(100)의 서비스 플러그(150)의 플러그 커버(155)는, 상기 배터리 팩(100)의 내부 압력이 소정 압력 이상으로 상승하면 개방되어 상기 배터리 팩(100) 내부를 외부와 연통시킬 수 있다.
이에 따라, 상기 개방된 서비스 플러그(150)를 통해, 상기 스프링 쿨러들(450)에서 분사되는 냉각수(C)가 상기 배터리 팩(100) 내부로 직접적으로 투입됨으로써, 보다 더 신속하게 화재를 진압하고, 또한, 인접한 배터리 팩(100) 측으로의 열 전파를 보다 더 신속하게 빠르게 차단할 수 있다.
상기 스프링 쿨러들(450)를 통한 상기 냉각수(C) 분사는, 상기 배터리 팩(100)의 화재 상황을 보다 더 확실히 차단할 수 있게 상기 배터리 팩(100)이 상기 배터리 팩 프레임(200)의 상기 수조 프레임(210) 내에 잠길 때까지 지속될 수 있다.
도 8 및 도 9은 도 7의 냉각수 주수 시, 이상 상황이 발생된 배터리 팩의 하측에 배치된 배터리 팩 측으로의 냉각수 유입 방지 매커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 상기 스프링 쿨러들(450)를 통한 상기 냉각수(C) 분사 시, 상기 냉각수(C)가 상기 배터리 팩 프레임(200)의 상기 수조 프레임(210) 밖으로 넘칠 수 있다.
본 실시예의 경우, 상기 배터리 팩 프레임(200)의 상기 지지 프레임(250)이 상기 수조 프레임(210)보다 더 외측으로 돌출되게 마련되므로, 상기 냉각수(C)가 상기 수조 프레임(210) 밖으로 넘치더라도 인접한 배터리 팩(100), 구체적으로, 하부에 배치되는 배터리 팩(100) 측으로 상기 냉각수(C)가 들어가지 않을 수 있다.
이에 따라, 본 실시예의 경우, 상기 지지 프레임(250)을 통해, 상기 화재 상황 등이 발생하지 않는 다른 배터리 팩(100) 등의 상기 냉각수(C)로 인해 야기될 수 있는 파손 등을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 배터리 팩 프레임(205)의 상기 지지 프레임(255)에 상기 단턱부(257)가 구비될 경우, 상기 냉각수(C)가 상기 수조 프레임(210) 밖으로 넘칠 때, 2차적으로, 상기 단턱부(257)로 인한 내부 공간으로 상기 냉각수(C)가 수용될 수 있다.
이에 따라, 상기 냉각수(C)가 상기 수조 프레임(210) 밖으로 넘치더라도, 상기 단턱부(257)를 통한 상기 내부 공간 내에 상기 냉각수(C)가 소정 높이로 더 수용될 수 있어, 상기 냉각수(C)가 하측으로 넘치는 시간을 보다 더 지연시킬 수 있다. 아울러, 상기 지연되는 시간 동안, 상기 스프링 쿨러(450)의 냉각수(C) 분사를 중단하여 상기 냉각수(C)의 하측으로의 떨어짐 등을 보다 더 확실히 방지할 수 있다.
여기서, 싱기 단턱부(257)로 인한 내부 공간에는, 별도의 추가 배수 파이프 등이 연결될 수 있으며, 이때, 상기 냉각수(C)는, 추가 배수 파이프 등을 통해 빠져나갈 수 있게 보다 더 확실하게 하부 측의 배터리 팩(100) 측으로의 침투 위험을 방지할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 전력 저장 장치(1)는, 앞선 실시예의 적어도 하나의 배터리 랙(10) 및 상기 적어도 하나의 배터리 랙(10)을 수용하는 랙 컨테이너(50)를 포함할 수 있다.
상기 배터리 랙(10)은, 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개로 구비될 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 배터리 랙(10)이 복수 개로 구비되는 것으로 한정하여 설명한다.
아울러, 상기 복수 개의 배터리 랙(10)들은, 상기 소정 기간이나 소정 용량이 사용된 배터리 팩(100)으로 구성된 배터리 랙(10)들과 일반적인 배터리 팩으로 구성된 배터리 랙들의 조합체로 구비되는 것도 가능할 수 있음은 물론이다.
상기 랙 컨테이너(50)는, 상기 복수 개의 배터리 랙(10)을 수용하기 위한 것으로, 상기 복수 개의 배터리 랙(10)을 수용하기 위한 수용 공간을 구비할 수 있다.
이처럼, 본 실시예에 따른 상기 전력 저장 장치(1)는, 소정 기간이나 소정 용량이 사용된 상기 배터리 팩(100, 도 1 참조), 즉, 전기 자동차나 하이브리드 자동차 등에 사용된 배터리 팩(100)으로도 상기 전력 저장 장치(1)를 구성할 수 있다.
이처럼, 본 실시예에 따른 상기 전력 저장 장치(1)는, 일반적으로 폐기되는 상기 자동차 등에 사용된 배터리 팩(100)을 활용하여 상기 전력 저장 장치(1)를 구성할 수 있는 바, 자원 재활용에 따라 비용을 절감할 수 있으며, 폐기되는 배터리 팩(100)으로 인한 환경 오염 등을 문제를 해결할 수 있다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 소정 기간이나 소정 용량을 사용된 재사용을 위한 배터리 팩(100)을 보다 더 안정적으로 수용하면서 과열과 같은 이상 상황에 따른 화재 발생 시에도 안전성을 확보할 수 있는 배터리 팩 프레임(200), 이를 포함하는 배터리 랙(10) 및 전력 저장 장치(1)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.
1: 전력 저장 장치
10: 배터리 랙
50: 랙 컨테이너
100: 배터리 팩
110: 배터리 셀
130: 팩 케이스
150: 서비스 플러그
155: 플러그 커버
200: 배터리 팩 프레임
210: 수조 프레임
212: 케이블 관통부
214: 케이블 실링부재
215: 쿨링 인렛 관통부
216: 쿨링 아웃렛 관통부
217: 인렛 실링부재
218: 아웃렛 실링부재
250: 지지 프레임
255: 지지 프레임
257: 단턱부
300: 랙 프레임
400: 주수 파이프
450: 스프링 쿨러
500: 연기 감지 센서
600: 센서 지지대
700: 케이블
800: 쿨링 인렛
900: 쿨링 아울렛

Claims (12)

  1. 배터리 랙에 있어서,
    소정 기간이나 소정 용량이 사용된 적어도 하나의 배터리 팩; 및
    상기 적어도 하나의 배터리 팩을 수용하며, 상기 적어도 하나의 배터리 팩보다 높은 높이를 갖는 배터리 팩 프레임;을 포함하며,
    상기 적어도 하나의 배터리 팩에는,
    상기 적어도 하나의 배터리 팩의 내부를 개방시킬 수 있는 서비스 플러그;가 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 팩 프레임에는,
    상기 적어도 하나의 배터리 팩의 이상 상황 발생 시 상기 적어도 하나의 배터리 팩이 소정 높이로 잠길 수 있게 내부에 냉각수가 주입되는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 서비스 플러그는,
    상기 이상 상황 발생 시, 상기 적어도 하나의 배터리 팩의 내부 압력이 소정 압력 이상으로 상승하면 상기 적어도 하나의 배터리 팩의 내부를 개방시켜 상기 냉각수가 상기 적어도 하나의 배터리 팩 내부에 직접적으로 주입되게끔 가이드 하는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 서비스 플러그는,
    상기 적어도 하나의 배터리 팩의 상면에 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 배터리 팩 프레임의 상측에는,
    상기 냉각수의 주수를 위한 적어도 하나의 주수 파이프;가 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 주수 파이프에는,
    상기 적어도 하나의 배터리 팩 측으로 상기 냉각수를 분사하는 적어도 하나의 스프링쿨러;가 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 서비스 플러그는,
    상기 적어도 하나의 스프링쿨러 가까이에 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 배터리 팩 프레임에는,
    상기 적어도 하나의 배터리 팩과 전기적으로 연결하기 위한 적어도 하나의 케이블이 관통되는 적어도 하나의 케이블 관통부;가 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 케이블 관통부에는,
    상기 냉각수의 유출을 방지하기 위한 적어도 하나의 케이블 실링부재;가 장착되는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 배터리 팩은,
    전기 자동차 또는 하이브리드 자동차에서 사용된 배터리 팩인 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 배터리 팩은, 복수 개로 구비되며,
    상기 복수 개의 배터리 팩은,
    상호 전기적으로 연결될 수 있게 상기 배터리 랙의 높이 방향을 따라 상호 적층되는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  12. 제1항에 따른 적어도 하나의 배터리 랙;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 장치.
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