WO2021006626A1 - 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙 및 전력 저장 장치 - Google Patents

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

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rack
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김세원
최지순
박상준
배규종
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주식회사 엘지화학
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    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery module, a battery rack including such a battery module, and a power storage device.
  • Secondary batteries with high ease of application by product group and electrical characteristics such as high energy density are not only portable devices, but also electric vehicles (EVs) or hybrid vehicles (HEVs) driven by electric drive sources. It is universally applied.
  • EVs electric vehicles
  • HEVs hybrid vehicles
  • Such a secondary battery is attracting attention as a new energy source for eco-friendly and energy efficiency enhancement in that it does not generate by-products from the use of energy as well as the primary advantage that it can dramatically reduce the use of fossil fuels.
  • 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 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 at least one battery module. It is common to construct a battery pack or battery rack.
  • the battery rack including at least one battery module may constitute a power storage device including at least one such battery rack according to various voltage and capacity requirements.
  • a firefighting facility in order to cope with the risk of fire, such as overheating, which may occur due to the characteristics of the battery cell in a rack container that accommodates battery racks including a plurality of battery modules
  • the structure is provided.
  • an object of the present invention is to provide a battery module capable of suppressing thermal runaway and heat propagation more quickly when an abnormal situation of a battery cell occurs, a battery rack including such a battery module, and a power storage device.
  • the present invention provides a battery module, comprising: at least one battery cell; A module case for accommodating the at least one battery cell; A relay unit provided in the module case and electrically connected to the at least one battery cell; And a shunt unit electrically connected to the relay unit and disposed outside the module case.
  • the battery module may include a heat sink provided between the module case and the shunt unit.
  • the shunt unit and the heat sink may be provided on the upper side of the module case.
  • the shunt unit and the heat sink may be provided under the module case.
  • It may include; a heat insulation unit provided between the module case and the shunt unit.
  • the shunt unit and the heat insulation unit may be provided on the upper side of the module case.
  • the shunt unit and the heat insulation unit may be provided under the module case.
  • the present invention as a battery rack, at least one battery module according to the above-described embodiments; And a rack case for accommodating the at least one battery module.
  • the shunt unit is provided on an upper side of the rack case, and the battery rack is provided between the rack case and the shunt unit, and may include an insulating unit mounted on an upper surface of the rack case.
  • the present invention provides a power storage device comprising: at least one battery rack according to the above-described embodiment as a power storage device.
  • a battery module capable of suppressing thermal runaway and heat propagation more quickly when an abnormal situation of a battery cell occurs, a battery rack including the battery module, and a power storage device may be provided.
  • FIG. 1 is a view for explaining a battery module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view for explaining a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a view for explaining a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view for explaining a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view for explaining a battery rack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view for explaining a battery rack according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view 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.
  • the battery module 10 includes a battery cell 100, a module case 200, a cooling fan 300, a relay unit 400, a shunt unit 500, and a heat sink 600. ) Can be included.
  • the battery cell 100 is a secondary battery, and may be provided as a pouch-type secondary battery, a prismatic secondary battery, or a cylindrical secondary battery.
  • the battery cell 100 is limited to being provided as a pouch-type secondary battery.
  • the battery cells 100 may be provided in a plurality of at least one or more. When a plurality of battery cells 100 are provided, the plurality of battery cells 100 may be stacked to be electrically connected to each other.
  • the module case 200 may accommodate the at least one or more plurality of battery cells 100. To this end, an accommodation space capable of accommodating the at least one or more plurality of battery cells 100 may be provided in the module case 200.
  • the cooling fan 300 is for cooling the at least one or more plurality of battery cells 100, and may be mounted on the module case 200.
  • the cooling fan 300 may be provided as a blower fan in an air-cooled manner.
  • the relay unit 400 is provided in the module case 200 and may be electrically connected to the at least one or more plurality of battery cells 100.
  • the relay unit 400 is electrically connected to a shunt unit 500, which will be described later, and is operated when an overcurrent occurs according to an abnormal condition of the at least one battery cell 100 to be operated and a battery cell ( The current of 100) may be induced toward the shunt unit 500.
  • the shunt unit 500 is electrically connected to the relay unit 400 and may be provided outside the module case 200. Specifically, the shunt unit 500 may be disposed below the module case 200 and spaced apart from the module case 200 by a predetermined distance.
  • the shunt unit 500 may quickly externally short the battery cell 100 in which the abnormal condition has occurred.
  • the heat sink 600 may be provided between the module case 200 and the shunt unit 500. Specifically, the heat sink 600 may be provided under the module case 200 and between the module case 200 and the shunt unit 500.
  • the heat sink 600 may be provided in a water-cooled or air-cooled structure, and transfer of heat generated from the shunt unit 500 to the module case 200 during the external short circuit may be minimized.
  • the battery module 10 when an abnormal situation occurs in at least one of the battery cells 100 through the relay unit 400 and the shunt unit 500, the battery module 10 according to the present exemplary embodiment occurs.
  • the battery cell 100 may be externally short-circuited from the outside of the module case 200 more quickly, thereby preventing a fire or explosion of the battery cell 100 in advance.
  • the battery module 10 through an external short circuit through the relay unit 400 and the shunt unit 500, thermal runaway and heat caused by the battery cell 100 in which an abnormal situation has occurred. The risk of propagation can be effectively prevented in units of the battery module 10.
  • FIG. 2 is a view for explaining a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • the battery module 20 according to the present embodiment is similar to the battery module 10 of the previous embodiment, redundant descriptions are omitted for configurations that are substantially the same or similar to those of the previous embodiment, and The explanation will be focused on the differences.
  • the battery module 20 includes a battery cell 100, a module case 200, a cooling fan 300, a relay unit 400, a shunt unit 505, and a heat sink 605.
  • Can include.
  • the shunt unit 505 and the heat sink 605 may be provided on the upper side of the module case 200.
  • the shunt unit 505 and the heat sink 605 may be provided on an upper side of the module case 200 instead of a lower side, and the shunt unit 505 may be provided on the upper side of the module case 200. It goes without saying that if it can be separated from the module case 200 from the outside, it may also be provided on the left side or the right side of the module case 200.
  • FIG 3 is a view for explaining a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • the battery module 30 according to the present embodiment is similar to the battery modules 10 of the previous embodiment, redundant descriptions are omitted for configurations that are substantially the same or similar to those of the previous embodiment, and the previous embodiment It focuses on the difference between and.
  • the battery module 30 includes a battery cell 100, a module case 200, a cooling fan 300, a relay unit 400, a shunt unit 500, and an insulation unit 700.
  • Can include.
  • the battery cell 100, the module case 200, the cooling fan 300, the relay unit 400, and the shunt unit 500 are substantially the same as or similar to the previous embodiment, hereinafter, Duplicate explanation is omitted.
  • the insulation unit 700 may be provided between the module case 200 and the shunt unit 500. Specifically, the heat insulating unit 700 and the shunt unit 500 may be provided under the module case 200, and the heat insulating unit 700 may be provided from the lower side of the module case 200 to the shunt unit ( 500) may be separated from the module case 200 by a predetermined distance.
  • the heat insulating unit 700 may prevent heat generated when an external short circuit through the shunt unit 500 is transferred to the module case 200 side. To this end, the insulating unit 700 may be provided with a ceramic insulating material or a fiber insulating material.
  • heat transfer from the shunt unit 500 to the module case 200 may be effectively prevented when the external short circuit occurs through the heat insulation unit 700 instead of the heat sink.
  • FIG. 4 is a view for explaining a battery module according to another embodiment of the present invention.
  • the battery module 40 according to the present embodiment is similar to the battery module 30 of the previous embodiment, redundant descriptions are omitted for configurations that are substantially the same or similar to those of the previous embodiment, and The explanation will be focused on the differences.
  • the battery module 40 includes a battery cell 100, a module case 200, a cooling fan 300, a relay unit 400, a shunt unit 505, and an insulation unit 705.
  • Can include.
  • the shunt unit 505 and the heat insulation unit 705 may be provided on the upper side of the module case 200. As such, the shunt unit 505 and the heat insulation unit 705 may be provided on an upper side of the module case 200 rather than a lower side, and the shunt unit 505 may be provided on the upper side of the module case 200. It goes without saying that if it can be separated from the module case 200 from the outside, it may also be provided on the left side or the right side of the module case 200.
  • FIG. 5 is a view for explaining a battery rack according to an embodiment of the present invention.
  • the battery rack 1 is a rack case 50 accommodating at least one or more plurality of battery modules 10 of the previous embodiment and the at least one or more plurality of battery modules 10. And it may include a BMS unit 70 for management and control of the battery rack 10.
  • the battery rack 1 since the battery rack 1 according to the present embodiment includes the battery module 10 of the previous embodiment, a battery rack 1 including all the advantages of the battery module 10 of the previous embodiment can be provided. I can.
  • the battery rack 10 may also include the battery modules 20, 30, and 40 of the previous embodiment other than the battery module 10, and at this time, the battery modules 20, 30 of the previous embodiment
  • the battery rack 10 it is possible to provide a battery rack 1 including all of the advantages of 40).
  • FIG. 6 is a view for explaining a battery rack according to another embodiment of the present invention.
  • the battery rack 2 according to the present embodiment is similar to the battery rack 1 of the previous embodiment, redundant descriptions are omitted for configurations that are substantially the same or similar to those of the previous embodiment, and The explanation will be focused on the differences.
  • the battery rack 2 may include a plurality of battery modules 15, a rack case 50, a BMS unit 70, and a heat insulation unit 80.
  • Each of the plurality of battery modules 15 may include a battery cell 100, a module case 200, a cooling fan 300, and a relay unit 400. Since the battery cell 100, the module case 200, the cooling fan 300, and the relay unit 400 are substantially the same as or similar to those of the previous embodiment, redundant descriptions will be omitted below.
  • the plurality of battery modules 15 may include a shunt unit 550.
  • the shunt unit 550 is integrally connected to the relay unit 400 of the plurality of battery modules 15 and may be disposed above the rack case 50 to be spaced apart from the rack case 50. .
  • the rack case 50 may accommodate the plurality of battery modules 15.
  • the rack case 50 may stack the plurality of battery modules 15 in the vertical direction.
  • the BMS unit 70 is electrically connected to the plurality of battery modules 15 and may manage and control the battery rack 2. Specifically, the BMS unit 70 may be electrically connected to the battery cell 100 and the relay unit 400 of the plurality of battery modules 15, and the plurality of battery modules 15 The operation of the relay unit 400 may be controlled.
  • the heat insulation unit 80 is provided between the rack case 50 and the shunt unit 550 and may be mounted on an upper surface of the rack case 50.
  • the heat insulation unit 80 may effectively prevent heat generated when an external short circuit through the shunt unit 550 is transferred to the BMS unit 70.
  • the BMS unit 70 when overheating occurs due to the occurrence of an abnormality in at least one of the battery modules 15, the BMS unit 70 is the battery module 15 in which the abnormality occurs.
  • the relay unit 400 of By operating the relay unit 400 of, the battery module 15 in which an abnormal situation has occurred may be externally shorted through the shunt unit 550.
  • the battery rack 2 when an abnormal situation occurs in at least one battery module 15 of the battery modules 15, only the battery module 15 in which the abnormal situation has occurred is shorted externally. Thus, it is possible to minimize the loss of the battery modules 15 when an abnormal situation occurs.
  • the manufacturing cost of the battery rack 2 is reduced and the total The system can be further simplified.
  • FIG. 7 is a view for explaining a power storage device according to an embodiment of the present invention.
  • the power storage device (E), the power storage device (E), as an energy source can be used for home or industrial use.
  • the power storage device E may include at least one of the preceding embodiments, and in the case of this embodiment, a plurality of battery racks 1 and a rack container C accommodating the plurality of battery racks 1. .
  • the power storage device E includes the battery rack 1 of the previous embodiment, a power storage device E including all the advantages of the battery rack 1 of the previous embodiment is provided. Can provide.
  • the battery rack 1 may also be provided in a vehicle such as an electric vehicle or a hybrid vehicle, and in this case, a vehicle including all the advantages of the battery rack 1 of the previous embodiment can be provided. to be.
  • the battery rack 2 of the previous embodiment other than the battery rack 1 may also be provided in the power storage device E or the vehicle, and even in this case, the battery rack of the previous embodiment
  • a power storage device (E) or a vehicle that includes all the advantages of (2).
  • battery modules 10, 15, 20, 30, 40 capable of suppressing thermal runaway and heat propagation more quickly when an abnormal situation of the battery cell 100 occurs, such a battery module ( It is possible to provide a battery rack (1, 2) and a power storage device (E) including 10, 15, 20, 30, 40.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 적어도 하나의 배터리 셀, 배터리 셀을 수용하기 위한 모듈 케이스, 모듈 케이스에 구비되며, 적어도 하나의 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 릴레이 유닛 및 릴레이 유닛과 전기적으로 연결되며, 모듈 케이스 외측에 구비되는 션트 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙 및 전력 저장 장치
본 발명은 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙 및 전력 저장 장치에 관한 것이다.
본 출원은 2019년 07월 10일 자로 출원된 한국 특허출원번호 제10-2019-0083358호에 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. 여기서, 적어도 하나의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙은 다양한 전압과 용량 요구 조건 등에 따라, 이러한 배터리 랙을 적어도 하나 이상 구비하는 전력 저장 장치를 구성하기도 한다.
종래 전력 저장 장치를 구성하는 배터리 모듈의 경우, 복수 개의 배터리 모듈들을 포함하는 배터리 랙들을 수용하는 랙 컨테이너 내에 배터리 셀의 특성 상 발생될 수 있는 과열 등에 따른 화재 발생 등의 위험에 대처하기 위해 소방 시설 구조물이 구비된다.
그러나, 배터리 모듈 내에서 화재가 시작되는 경우, 신속한 화재 진압이 어려운 문제가 있다. 배터리 모듈 내에서 화재가 신속히 진압되지 않거나 불이 번지는 시간이 지연되지 않을 경우, 주변 배터리 모듈들로의 화재 전이가 빨라지는 문제가 있다. 이에 따라, 추후 랙 컨테이너 내의 소방 시설 구조물이 동작 시점에는 이미 복구하기 어려운 피해가 발생된 이후일 가능성이 높을 수 밖에 없는 문제가 있다.
이에 따라, 화재 상황 발생 시 보다 신속한 조기 진압이 필요하며, 특히, 화재가 일어나기 전 미리 위험을 감지하여 사고를 미연에 방지하는 대책이 필요하다. 이를 위해서는 배터리 모듈 단위에서의 화재 진압 및 화재 확산 방지가 필요하다.
그러므로, 배터리 셀의 이상 상황 발생 시 보다 신속히 열 폭주 및 열 전파를 억제할 수 있는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙 및 전력 저장 장치를 제공할 수 있는 방안의 모색이 요청된다.
따라서, 본 발명의 목적은, 배터리 셀의 이상 상황 발생 시 보다 신속히 열 폭주 및 열 전파를 억제할 수 있는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙 및 전력 저장 장치를 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 해결하기 위해, 본 발명은, 배터리 모듈로서, 적어도 하나의 배터리 셀; 상기 적어도 하나의 배터리 셀을 수용하기 위한 모듈 케이스; 상기 모듈 케이스에 구비되며, 상기 적어도 하나의 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 릴레이 유닛; 및 상기 릴레이 유닛과 전기적으로 연결되며, 상기 모듈 케이스 외측에 구비되는 션트 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 제공한다.
상기 배터리 모듈은, 상기 모듈 케이스와 상기 션트 유닛 사이에 구비되는 히트 싱크;를 포함할 수 있다.
상기 션트 유닛과 상기 히트 싱크는, 상기 모듈 케이스의 상측에 구비될 수 있다.
상기 션트 유닛과 상기 히트 싱크는, 상기 모듈 케이스의 하측에 구비될 수 있다.
상기 모듈 케이스와 상기 션트 유닛 사이에 구비되는 단열 유닛;을 포함할 수 있다.
상기 션트 유닛과 상기 단열 유닛은, 상기 모듈 케이스의 상측에 구비될 수 있다.
상기 션트 유닛과 상기 단열 유닛은, 상기 모듈 케이스의 하측에 구비될 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.
상기 션트 유닛은, 상기 랙 케이스의 상측에 구비되며, 상기 배터리 랙은, 상기 랙 케이스와 상기 션트 유닛 사이에 구비되며, 상기 랙 케이스의 상면에 장착되는 단열 유닛;을 포함할 수 있다.
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 셀의 이상 상황 발생 시 보다 신속히 열 폭주 및 열 전파를 억제할 수 있는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 랙 및 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 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 랙을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 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 도면이다.
도 1을 참조하면, 배터리 모듈(10)은, 배터리 셀(100), 모듈 케이스(200), 냉각팬(300), 릴레이 유닛(400), 션트 유닛(shunt unit, 500) 및 히트 싱크(600)를 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.
이러한 상기 배터리 셀(100)은, 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개로 마련될 수 있다. 상기 배터리 셀(100)이 복수 개로 마련될 경우, 상기 복수 개의 배터리 셀들(100)은 상호 전기적으로 연결되게 적층될 수 있다.
상기 모듈 케이스(200)는, 상기 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개의 배터리 셀(100)을 수용할 수 있다. 이를 위해, 상기 모듈 케이스(200)에는 상기 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개의 배터리 셀(100)을 수용할 수 있는 수용 공간이 마련될 수 있다.
상기 냉각팬(300)은, 상기 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개의 배터리 셀(100)을 냉각시키기 위한 것으로서, 상기 모듈 케이스(200)에 장착될 수 있다. 이러한 상기 냉각팬(300)은 공냉식 방식으로 송풍팬으로 구비될 수 있다.
상기 릴레이 유닛(400)은, 상기 모듈 케이스(200)에 구비되며, 상기 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개의 배터리 셀(100)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 상기 릴레이 유닛(400)은, 후술하는 션트 유닛(500)과 전기적으로 연결되어, 상기 적어도 하나의 배터리 셀(100)의 이상 상황에 따른 과전류 발생 시, 동작되어 이상 상황에 발생된 배터리 셀(100)의 전류를 상기 션트 유닛(500) 측으로 유도할 수 있다.
상기 션트 유닛(500)은, 상기 릴레이 유닛(400)과 전기적으로 연결되며, 상기 모듈 케이스(200) 외측에 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 션트 유닛(500)은 상기 모듈 케이스(200)의 하측에서 상기 모듈 케이스(200)와 소정 거리 이격 배치될 수 있다.
이러한 상기 션트 유닛(500)은, 이상 상황이 발생한 배터리 셀(100)과 연결된 릴레이 유닛(400)이 동작할 때, 이상 상황이 발생한 배터리 셀(100)을 신속히 외부 단락시킬 수 있다.
상기 히트 싱크(600)는, 상기 모듈 케이스(200)와 상기 션트 유닛(500) 사이에 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 히트 싱크(600)는 상기 모듈 케이스(200)의 하측에서, 상기 모듈 케이스(200)와 상기 션트 유닛(500) 사이에 구비될 수 있다.
이러한 상기 히트 싱크(600)는, 수냉식 또는 공냉식 구조로 마련될 수 있으며, 상기 외부 단락 시 상기 션트 유닛(500)에서 발생하는 열의 상기 모듈 케이스(200) 측으로의 전달을 최소화시킬 수 있다.
이처럼, 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(10)은, 상기 릴레이 유닛(400)과 상기 션트 유닛(500)을 통해, 배터리 셀들(100) 중 적어도 하나에서 이상 상황이 발생할 경우, 이상 상황이 발생한 배터리 셀(100)을 보다 신속히 상기 모듈 케이스(200) 외측에서 외부 단락시켜, 이상 상황이 발생한 배터리 셀(100)의 화재나 폭발 등을 미연에 방지할 수 있다.
아울러, 본 실시예에 따른 상기 배터리 모듈(10)은, 상기 릴레이 유닛(400)과 상기 션트 유닛(500)을 통한 외부 단락을 통해, 이상 상황이 발생한 배터리 셀(100)로 인한 열 폭주 및 열 전파 위험을 배터리 모듈(10) 단위에서 효과적으로 방지할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
본 실시예에 따른 배터리 모듈(20)은 앞선 실시예의 상기 배터리 모듈(10)과 유사하므로, 이하, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 구성들에 대해서는 중복 설명을 생략하고, 앞선 실시예와의 차이점을 중심으로 설명한다.
도 2를 참조하면, 상기 배터리 모듈(20)은, 배터리 셀(100), 모듈 케이스(200), 냉각팬(300), 릴레이 유닛(400), 션트 유닛(505) 및 히트 싱크(605)를 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀(100), 상기 모듈 케이스(200), 상기 냉각팬(300) 및 상기 릴레이 유닛(400)은, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사하므로, 이하, 중복 설명을 생략한다.
상기 션트 유닛(505) 및 상기 히트 싱크(605)는, 상기 모듈 케이스(200)의 상측에 구비될 수 있다. 이처럼, 상기 션트 유닛(505) 및 상기 히트 싱크(605)는, 상기 모듈 케이스(200)의 하측이 아닌 상측에 구비되는 것도 가능할 수 있으며, 상기 션트 유닛(505)이 상기 모듈 케이스(200)의 외측에서 상기 모듈 케이스(200)로부터 이격될 수 있다면 상기 모듈 케이스(200)의 좌측이나 우측에도 구비될 수 있음은 물론이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
본 실시예에 따른 배터리 모듈(30)은 앞선 실시예의 상기 배터리 모듈들(10)과 유사하므로, 이하, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 구성들에 대해서는 중복 설명을 생략하고, 앞선 실시예와의 차이점을 중심으로 설명한다.
도 3을 참조하면, 상기 배터리 모듈(30)은, 배터리 셀(100), 모듈 케이스(200), 냉각팬(300), 릴레이 유닛(400), 션트 유닛(500) 및 단열 유닛(700)을 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀(100), 상기 모듈 케이스(200), 상기 냉각팬(300), 상기 릴레이 유닛(400) 및 상기 션트 유닛(500)은, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사하므로, 이하, 중복 설명을 생략한다.
상기 단열 유닛(700)은, 상기 모듈 케이스(200)와 상기 션트 유닛(500) 사이에 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 단열 유닛(700)과 상기 션트 유닛(500)은 상기 모듈 케이스(200)의 하측에 구비될 수 있으며, 상기 단열 유닛(700)은 상기 모듈 케이스(200) 하측에서 상기 션트 유닛(500)을 상기 모듈 케이스(200)로부터 소정 거리 이격시킬 수 있다.
이러한 상기 단열 유닛(700)은 상기 션트 유닛(500)을 통한 외부 단락 시 발생하는 열의 상기 모듈 케이스(200) 측으로의 전달을 방지할 수 있다. 이를 위해, 상기 단열 유닛(700)은, 세라믹 단열재나 섬유 단열재로 구비될 수 있다.
이처럼, 본 실시예에서는, 상기 히트 싱크 대신에 상기 단열 유닛(700)을 통해, 상기 외부 단락 시 상기 션트 유닛(500)에서 상기 모듈 케이스(200) 측으로의 열 전달을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
본 실시예에 따른 배터리 모듈(40)은 앞선 실시예의 상기 배터리 모듈(30)과 유사하므로, 이하, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 구성들에 대해서는 중복 설명을 생략하고, 앞선 실시예와의 차이점을 중심으로 설명한다.
도 4를 참조하면, 상기 배터리 모듈(40)은, 배터리 셀(100), 모듈 케이스(200), 냉각팬(300), 릴레이 유닛(400), 션트 유닛(505) 및 단열 유닛(705)을 포함할 수 있다.
상기 배터리 셀(100), 상기 모듈 케이스(200), 상기 냉각팬(300) 및 상기 릴레이 유닛(400)은, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사하므로, 이하, 중복 설명을 생략한다.
상기 션트 유닛(505) 및 상기 단열 유닛(705)은, 상기 모듈 케이스(200)의 상측에 구비될 수 있다. 이처럼, 상기 션트 유닛(505) 및 상기 단열 유닛(705)은, 상기 모듈 케이스(200)의 하측이 아닌 상측에 구비되는 것도 가능할 수 있으며, 상기 션트 유닛(505)이 상기 모듈 케이스(200)의 외측에서 상기 모듈 케이스(200)로부터 이격될 수 있다면 상기 모듈 케이스(200)의 좌측이나 우측에도 구비될 수 있음은 물론이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 배터리 랙(1)은, 앞선 실시예의 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개의 배터리 모듈(10), 상기 적어도 하나 또는 그 이상의 복수 개의 배터리 모듈(10)을 수용하는 랙 케이스(50) 및 상기 배터리 랙(10)의 관리 및 제어 등을 위한 비엠에스 유닛(70)를 포함할 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.
한편, 상기 배터리 랙(10)은, 상기 배터리 모듈(10) 이외의 앞선 실시예의 상기 배터리 모듈(20, 30, 40)도 포함할 수도 있으며, 이 때, 앞선 실시예의 상기 배터리 모듈(20, 30, 40)의 장점을 모두 포함하는 배터리 랙(1)을 제공할 수도 있음은 물론이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 랙을 설명하기 위한 도면이다.
본 실시예에 따른 배터리 랙(2)은 앞선 실시예의 상기 배터리 랙(1)과 유사하므로, 이하, 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사한 구성들에 대해서는 중복 설명을 생략하고, 앞선 실시예와의 차이점을 중심으로 설명한다.
도 6을 참조하면, 상기 배터리 랙(2)은, 복수 개의 배터리 모듈(15), 랙 케이스(50), 비엠에스 유닛(70) 및 단열 유닛(80)을 포함할 수 있다.
상기 복수 개의 배터리 모듈(15)은, 각각, 배터리 셀(100), 모듈 케이스(200), 냉각팬(300) 및 릴레이 유닛(400)을 포함할 수 있다. 상기 배터리 셀(100), 상기 모듈 케이스(200), 상기 냉각팬(300) 및 상기 릴레이 유닛(400)은 앞선 실시예와 실질적으로 동일하거나 또는 유사하므로, 이하, 중복 설명을 생략한다.
한편, 상기 복수 개의 배터리 모듈(15)은, 션트 유닛(550)을 포함할 수 있다.
상기 션트 유닛(550)은, 상기 복수 개의 배터리 모듈(15)의 릴레이 유닛(400)과 통합적으로 연결되며, 상기 랙 케이스(50)의 상측에서 상기 랙 케이스(50)로부터 이격되게 배치될 수 있다.
상기 랙 케이스(50)는, 상기 복수 개의 배터리 모듈(15)을 수용할 수 있다. 이러한 상기 랙 케이스(50)는, 상기 복수 개의 배터리 모듈(15)을 상하 방향으로 적층시킬 수 있다.
상기 비엠에스 유닛(70)은, 상기 복수 개의 배터리 모듈(15)과 전기적으로 연결되며, 상기 배터리 랙(2)의 관리 및 제어할 수 있다. 구체적으로, 상기 비엠에스 유닛(70)은, 상기 복수 개의 배터리 모듈(15)의 상기 배터리 셀(100)과 상기 릴레이 유닛(400)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 상기 복수 개의 배터리 모듈(15)의 상기 릴레이 유닛(400)의 동작 등을 제어할 수 있다.
상기 단열 유닛(80)은, 상기 랙 케이스(50)와 상기 션트 유닛(550) 사이에 구비되며, 상기 랙 케이스(50)의 상면에 장착될 수 있다. 이러한 상기 단열 유닛(80)은, 상기 션트 유닛(550)을 통한 외부 단락 시 발생하는 열이 상기 비엠에스 유닛(70) 측으로 전달되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
한편, 상기 단열 유닛(80) 대신에 앞선 실시예의 상기 히트 싱크나 소정의 에어 갭을 통해서도 상기 션트 유닛(550)에서 상기 비엠에스 유닛(70) 측으로의 열 전달을 방지하는 것도 가능할 수 있다.
본 실시예의 경우, 상기 배터리 모듈들(15) 중 적어도 하나의 배터리 모듈(15)의 이상 상황 발생에 따른 과열이 발생할 경우, 상기 비엠에스 유닛(70)은 상기 이상 상황이 발생한 배터리 모듈(15)의 릴레이 유닛(400)을 동작시켜 상기 상기 션트 유닛(550)을 통해 이상 상황이 발생한 배터리 모듈(15)을 외부 단락시킬 수 있다.
이처럼, 본 실시예에 따른 상기 배터리 랙(2)은, 상기 배터리 모듈들(15) 중 적어도 하나의 배터리 모듈(15)의 이상 상황 발생 시, 상기 이상 상황이 발생한 배터리 모듈(15)만을 외부 단락시켜 이상 상황 발생 시 배터리 모듈들(15)의 손실을 최소화시킬 수 있다.
아울러, 본 실시예에 따른 상기 배터리 랙(2)은, 상기 션트 유닛(550)이 상기 배터리 랙(2) 단위에서 하나만 구비되기에, 상기 배터리 랙(2)의 제조 원가를 절감함과 아울러 전체 시스템을 보다 더 간소화시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 저장 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 전력 저장 장치(E)는, 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.
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.
한편, 상기 배터리 랙(1)은, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 자동차에도 구비될 수 있으며, 이 경우, 앞선 실시예의 상기 배터리 랙(1)의 장점을 모두 포함하는 자동차를 제공할 수 있음은 물론이다.
아울러, 상기 배터리 랙(1) 이외의 앞선 실시예의 상기 배터리 랙(2) 또한, 상기 전력 저장 장치(E)나 상기 자동차에 구비될 수 있음은 물론이며, 이 경우에도, 앞선 실시예의 상기 배터리 랙(2)의 장점을 모두 포함하는 전력 저장 장치(E)나 자동차를 제공할 수 있음은 물론이다.
이상과 같은 다양한 실시예들에 따라, 배터리 셀(100)의 이상 상황 발생 시 보다 신속히 열 폭주 및 열 전파를 억제할 수 있는 배터리 모듈(10, 15, 20, 30, 40), 이러한 배터리 모듈(10, 15, 20, 30, 40)을 포함하는 배터리 랙(1, 2) 및 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 수용하기 위한 모듈 케이스;
    상기 모듈 케이스에 구비되며, 상기 적어도 하나의 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 릴레이 유닛; 및
    상기 릴레이 유닛과 전기적으로 연결되며, 상기 모듈 케이스 외측에 구비되는 션트 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모듈 케이스와 상기 션트 유닛 사이에 구비되는 히트 싱크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 션트 유닛과 상기 히트 싱크는,
    상기 모듈 케이스의 상측에 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 션트 유닛과 상기 히트 싱크는,
    상기 모듈 케이스의 하측에 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 모듈 케이스와 상기 션트 유닛 사이에 구비되는 단열 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 션트 유닛과 상기 단열 유닛은,
    상기 모듈 케이스의 상측에 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 션트 유닛과 상기 단열 유닛은,
    상기 모듈 케이스의 하측에 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제1항에 따른 적어도 하나의 배터리 모듈; 및
    상기 적어도 하나의 배터리 모듈을 수용하는 랙 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 션트 유닛은,
    상기 랙 케이스의 상측에 구비되며,
    상기 배터리 랙은,
    상기 랙 케이스와 상기 션트 유닛 사이에 구비되며, 상기 랙 케이스의 상면에 장착되는 단열 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  10. 제8항에 따른 적어도 하나의 배터리 랙;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 저장 장치.
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