KR102552454B1 - 에너지저장장치(ess) 화재예방 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 개시의 일 실시예에 따른 에너지저장장치(ESS) 화재예방 시스템은, 복수의 배터리 셀을 수용하는 케이스를 포함하는 배터리 모듈, 및 복수의 배터리 셀을 침지하도록 케이스의 내부에 채워져 있는 냉각수를 포함하고, 배터리 셀의 화재 발생 시 화재가 발생한 배터리 셀의 파열부로 냉각수가 침투한다.
Description
본 개시는 에너지저장장치(ESS) 화재예방 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 침지냉각(Immersion Cooling)기술을 이용한 에너지저장장치 화재예방 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 에너지 저장 기술은 장치 혹은 물리적 매체를 이용하여 에너지를 저장하는 것을 말한다. 이러한 에너지 저장에 쓰이는 장치를 축압기라고 하고, 더 넓은 범위의 에너지 저장에 사용되는 시스템 전체를 "에너지 저장 시스템(Energy Storage System, ESS)"이라고 지칭한다. 일반적으로 에너지 저장 시스템은 수백 kWh 이상의 전력을 저장하는 단독 시스템을 가리킨다. 태양광이나 풍력 등 신재생에너지의 발전원은 환경에 따라 꾸준한 전력을 얻을 수 없으나, 에너지 저장 시스템을 활용하게 되면 에너지를 미리 저장하였다가 필요한 순간에 안정적으로 전력을 수급할 수 있어 전력공급시스템의 안정화, 에너지 이용효율의 증대, 신재생에너지 활용도 제고를 기대할 수 있다.
에너지 저장 시스템은 열적 요인, 기계적 요인, 전기적 요인, 설계적 요인 또는 공정적 요인 등의 다양한 원인으로 인하여 화재가 발생할 수 있다. 일례로 에너지 저장 시스템에 사용되는 리튬이온 배터리의 온도 상승이 역학적 과정 속에서 에너지 방출의 증가를 유도하여 온도 상승이 더욱 가속화되는 리튬이온 배터리의 열폭주(Cell thermal runaway) 현상은 화재의 주요 원인 중의 하나이다.
종래의 에너지 저장 장치에서의 화재예방 방식은, 에너지 저장 시스템의 구성요소에 화재가 발생한 경우 이를 감지하여 소화를 실행한다. 예를 들어, 에너지 저장 장치의 화재예방 시스템은, 시스템의 모듈에 화재 발생시 이로부터 발생하는 연기 혹은 상승하는 온도를 감지하여 스프링 쿨러를 통해 물이나 약품을 해당 모듈 내부로 분사하는 방식을 사용한다. 이러한 시스템은 실질적으로 발화 이후에 작동하므로 화재 전이를 막는 데 일조할 뿐 근본적인 발화 예방을 해결하기 어렵다. 근본적인 발화를 해결하지 못하면 소화시간이 지연되어 적층된 ESS 모듈 랙이 연속 발화로 소실되어 피해의 규모 역시 커진다. 이에 따라 에너지저장장치의 화재를 보다 효율적으로 방지하기 위한 화재예방시스템의 개발이 필요하다.
본 명세서에서 개시되는 실시예들은 상술한 바와 같은 실정을 감안하여 안출한 것으로, 화재 발생 시 배터리 모듈 내부에 채워져 있는 냉각수를 이용한 배터리의 침지냉각을 통해 화재를 예방하는 시스템에 관한 것이다.
본 개시의 일 실시예에 따른 에너지저장장치(ESS) 화재예방 시스템은, 배터리 셀을 수용하고 케이스를 포함하는 배터리 모듈, 및 배터리 셀을 침지하도록 케이스의 내부에 채워져 있는 냉각수를 포함하고, 배터리 셀의 화재 발생 시 화재가 발생한 배터리 셀의 파열부로 냉각수가 침투한다.
일 실시예에 따르면, 케이스는 방수 기능을 갖도록 구성된다.
일 실시예에 따르면, 냉각수는 비전도성 액체를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 냉각수는 절연성 불소계 액체로 구성된다.
일 실시예에 따르면, 배터리 모듈은 냉각수가 출입하는 제1 커넥터를 더 포함한다.
일 실시예에 따르면, 냉각수의 온도를 기준 범위 내로 유지시키고 냉각수를 배터리 모듈 안팎으로 순환시키는 구동부, 및 구동부의 동작을 제어하도록 구성된 제어부를 더 포함하고, 제어부는 제1 커넥터로 투입된 냉각수가 배터리 모듈 내부를 순환하도록 구동부를 제어한다.
일 실시예에 따르면, 구동부는 냉각수가 출입하는 제2 커넥터와 냉각수의 온도를 기준 범위 내로 유지시키는 온도유지부를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 제1 커넥터와 제2 커넥터는 서로 연결된다.
일 실시예에 따르면, 배터리 모듈은 배터리 모듈의 내부 온도를 감지하는 온도감지부를 더 포함하고, 온도감지부에 의해 감지된 내부 온도가 기준 범위를 벗어날 경우 제어부는 냉각수를 배터리 모듈 안팎으로 순환시키도록 구동부를 제어한다.
일 실시예에 따르면, 배터리 모듈은 배터리 셀의 화재 발생 시 배터리 모듈의 내압을 낮추도록 구성된 드레인(drain)부를 더 포함하고, 배터리 모듈의 내압이 기준치 이상일 경우 제어부는 배터리 모듈 내의 증기 또는 액체가 배터리 모듈 외부로 배출되도록 드레인부를 제어한다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 에너지저장장치의 화재예방 시스템은 기존의 에너지저장장치의 화재예방 시스템을 통한 화재의 진압 방식이 근본적인 발화를 억제하기 어려운 문제를 해결하고, 실질적으로 에너지 저장장치의 화재를 예방할 수 있다.
또한, 본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 배터리 모듈 외부에서 물이 분사되는 방식인 종래 기술과 달리, 배터리 모듈 케이스와 배터리 셀 사이의 모듈 내부 공간에 냉각수가 수용되어 있는 구성을 이용하여 화재 발생 시 인접 배터리 모듈로의 화재 전이가 보다 효율적으로 억제될 수 있다.
또한, 본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 에너지저장장치의 화재예방 시스템은 배터리 발화 이후 인접 배터리로의 화재 전이가 발생하기 이전에 발화 배터리의 파열부 틈으로 냉각수가 침투함으로써, 발원을 원천 제거하여 조기에 화재를 진압할 수 있다.
또한, 본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 에너지저장장치의 화재예방 시스템은 방수기능을 갖는 배터리 모듈 케이스로 인해 평상시 배터리 모듈 내부의 냉각수가 모듈 밖으로 흘러나오는 것을 방지할 수 있는 바, 누수 시 발생할 수 있는 오염 등을 예방할 수 있다.
본 개시의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 에너지저장장치(ESS) 화재예방 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 제어부와 에너지저장장치(ESS) 화재예방 시스템의 각 구성과의 통신을 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 랙의 전면 사시도와 후면 사시도를 나타낸다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 랙의 개방된 후면부를 나타낸다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 전면 사시도와 후면 사시도를 나타낸다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 투시상면도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 제어부와 에너지저장장치(ESS) 화재예방 시스템의 각 구성과의 통신을 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 랙의 전면 사시도와 후면 사시도를 나타낸다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 랙의 개방된 후면부를 나타낸다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 전면 사시도와 후면 사시도를 나타낸다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 투시상면도이다.
이하, 본 개시의 실시를 위한 구체적인 내용을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 이하의 설명에서는 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 우려가 있는 경우, 널리 알려진 기능이나 구성에 관한 구체적 설명은 생략하기로 한다.
첨부된 도면에서, 동일하거나 대응하는 구성요소에는 동일한 참조부호가 부여되어 있다. 또한, 이하의 실시예들의 설명에 있어서, 동일하거나 대응되는 구성요소를 중복하여 기술하는 것이 생략될 수 있다. 그러나, 구성요소에 관한 기술이 생략되어도, 그러한 구성요소가 어떤 실시예에 포함되지 않는 것으로 의도되지는 않는다.
본 개시에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 개시된 실시예에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. 본 명세서에서 사용되는 용어는 본 개시에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 관련 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서, 본 개시에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 개시의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
본 개시에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 단수인 것으로 특정하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 복수의 표현은 문맥상 명백하게 복수인 것으로 특정하지 않는 한, 단수의 표현을 포함한다.
본 개시에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
본 개시에서, 도면의 위쪽은 그 도면에 도시된 구성의 "상부" 또는 "상측", 그 아래쪽은 "하부" 또는 "하측"이라고 지칭할 수 있다. 또한, 도면에 있어서 도시된 구성의 상부와 하부의 사이 또는 상부와 하부를 제외한 나머지 부분은 "측부" 또는 "측면"이라고 지칭할 수 있다. 이러한 "상부", "상측" 등과 같은 상대적인 용어는, 도면에 도시된 구성들 간의 관계를 설명하기 위하여 사용될 수 있으며, 본 개시는 그러한 용어에 의해 한정되지 않는다.
본 개시에서, 한 구조물의 내부 공간으로 향하는 방향을 "내측", 개방된 외부 공간으로 돌출된 방향을 "외측"이라고 지칭할 수 있다. 이러한 "내측", "외측" 등과 같은 상대적인 용어는, 도면에 도시된 구성들 간의 관계를 설명하기 위하여 사용될 수 있으며, 본 개시는 그러한 용어에 의해 한정되지 않는다.
본 명세서에서 "A 및/또는 B"의 기재는 A, 또는 B, 또는 A 및 B를 의미한다.
본원 명세서에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우 뿐 아니라, 그 중간에 다른 구성을 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다.
개시된 실시예의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 개시는 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 개시가 완전하도록 하고, 본 개시가 통상의 기술자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 에너지저장장치(ESS) 화재예방 시스템(100)의 개략도이다.
에너지저장장치(ESS) 화재예방 시스템(100)은 에너지저장장치(ESS)의 화재를 미연에 방지하기 위한 시스템일 수 있다. 도시된 바와 같이, 에너지저장장치(ESS) 화재예방 시스템(100)은, 배터리 모듈 랙(110), 배터리 모듈(120), 구동부(130)를 포함할 수 있다. 이 경우, 배터리 모듈 랙(110)은 배터리 모듈(120) 및 구동부(130)를 수용하도록 구성될 수 있다. 도 1에서는, 에너지저장장치(ESS) 화재예방 시스템(100)의 구성으로서 1개의 배터리 모듈 랙(110)이 도시되었으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 에너지저장장치(ESS) 화재예방 시스템(100)은 복수 개의 배터리 모듈 랙(110)을 포함할 수 있다.
배터리 모듈 랙(110)은 배터리 모듈(120)과 구동부(130)를 외부로부터 보호하도록 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 배터리 모듈 랙(110)은 배터리 모듈(120)과 구동부(130)를 내부에 수용하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 배터리 모듈 랙(110)은 배터리 모듈(120) 및 구동부(130)를 수용하기 위한 프레임일 수 있다. 이를 위해, 배터리 모듈 랙(110)은 내측에 복수의 횡방향 또는 종방향 지지대를 포함할 수 있다. 배터리 모듈(120)과 구동부(130)는 배터리 모듈 랙(110) 내측에 형성된 지지대에 거치됨으로써 배터리 모듈 랙(110)에 수용될 수 있다. 일 실시예에서, 배터리 모듈 랙(110)은 일측으로 개폐되는 문을 포함하도록 구성됨으로써, 외부의 사용자가 배터리 모듈 랙(110) 내부에 수용된 배터리 모듈(120) 및 구동부(130)를 확인할 수 있다.
배터리 모듈(120)은 외부의 충격이나 오염으로부터 배터리 셀을 보호하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 배터리 모듈(120)은 냉각수(126), 냉각수(126)에 침지되어 있는 하나 이상의 배터리 셀(124), 및 냉각수(126)와 배터리 셀(124)을 수용하는 배터리 모듈 케이스(122)를 포함할 수 있다. 하나 이상의 배터리 모듈(120)은 배터리 모듈 랙(110)의 내측에 수용될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 배터리 모듈(120)은 도 1에 도시된 바와 같이 배터리 모듈 랙(110)의 내측에 수직 방향으로 적층된 상태로 수용될 수 있다. 하나 이상의 배터리 모듈(120)은 전기적 또는 기계적으로 연결 또는 결합되도록 구성될 수 있다. 각각의 배터리 모듈(120)은 적어도 하나의 배터리 셀(124)을 수용하는 배터리 모듈 케이스(122)를 포함할 수 있다. 이 경우, 배터리 모듈 케이스(122)의 내부는 배터리 셀(124)이 침지되도록 냉각수(126)로 채워질 수 있다.
배터리 모듈 케이스(122)는 하나 이상의 배터리 셀(124)과 냉각수(126)를 수용하기 위한 프레임일 수 있다. 일 실시예에서 배터리 모듈 케이스(122)는 방수기능을 가질 수 있다. 구체적으로, 배터리 모듈 케이스(122)는 방수 또는 밀봉을 위한 구조로 형성될 수 있다. 따라서, 도 1에 도시된 바와 같이 배터리 모듈 케이스(122) 내부에 담겨 있는 냉각수(126)가 배터리 모듈 케이스(122) 외부로 누수될 염려가 없으므로, 냉각수(126)의 누수 시에 발생할 수 있는 외부 환경의 오염 등의 문제를 예방할 수 있다.
배터리 셀(124)은 에너지를 저장하고 방출하도록 구성된 단일 유닛 장치일 수 있다. 구체적으로, 배터리 셀(124)은 전기에너지를 화학에너지로 전환하고, 화학에너지를 전기에너지로 전환하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 배터리 셀(124)은 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다.
냉각수(126)는 배터리 셀(124)을 침지하도록 케이스(122)의 내부에 채워져 있는 물질일 수 있다. 일 실시예에서, 냉각수(126)는 비전도성 액체를 포함할 수 있으며, 절연 특성을 가질 수 있다. 따라서, 다른 화학성분에 대해 반응성이 없는 냉각수(126)는 배터리 셀(124)과 접촉되어 있더라도, 배터리 셀(124)로부터 누출되는 다른 화학성분에 대해 화학 반응을 일으킬 염려가 없다. 또한, 절연성을 갖는 냉각수(126)는 배터리 셀(124)로부터 흘러나오는 전류에 의한 스파크 또는 화재의 발생 염려도 없다.
일 실시예에서, 냉각수(126)는, 한국공개특허공보 제10-2020-0016881호에 개시된 다음 화학식을 갖는 불소계 화학액체일 수 있다.
위 화학식에서, 각각의 Rf 1 및 Rf 2는 독립적으로 (i) 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖고, 선택적으로 O 또는 N으로부터 선택되는 하나 이상의 카테나형(catenated) 헤테로원자를 함유하는 선형 또는 분지형 퍼할로겐화 비환형 알킬기; 또는 (ii) 3 내지 7개의 탄소 원자를 갖고, 선택적으로 O 또는 N으로부터 선택되는 하나 이상의 카테나형 헤테로원자를 함유하는 퍼할로겐화 5원 내지 7원 환형 알킬기일 수 있다.
다른 실시예에서, 냉각수(126)는, 3M 사에서 제조된 NOVEC Engineered Fluid, 또는 Fluorinert FC-40 Electronic Liquid에 해당할 수 있다.
구동부(130)는 냉각수(126)의 온도를 기준 범위 내로 유지시키고, 냉각수(126)를 배터리 모듈(120) 안팎으로 순환시키도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 구동부(130)는 냉각수(126)의 온도를 기준 범위 내로 유지시키는 온도유지부(미도시)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 온도유지부는 냉각부(chiller)에 해당할 수 있다.
에너지저장장치(ESS) 화재예방 시스템(100)은 배터리 셀(124)을 냉각하거나 화재의 확산을 방지할 수 있다. 구체적으로, 배터리 셀(124)에서 과열 등의 이유로 화재가 발생하는 경우 배터리 셀(124)이 파열될 수 있으며, 이와 동시에 냉각수(126)는 화재가 발생한 배터리 셀(124)의 파열부를 통해 배터리 셀(124) 내부로 침투할 수 있다. 이러한 냉각수(126)의 침투로 인해 배터리 셀(124)에서 발생한 화재 원점을 조기에 진화할 수 있고 인접 배터리 셀(124)로의 화재 전이를 예방할 수 있다.
종래의 에너지저장장치(ESS) 화재예방 시스템은, 배터리 모듈 랙(110) 내부로 냉각수를 분사하는 방식으로 화재를 진압하였다. 그러나, 냉각수가 배터리 모듈(120) 외부에서 분사되기 때문에, 배터리 모듈(120) 내부에서 상호 인접하여 배열된 배터리 셀(124)들 간의 화재 전이를 효과적으로 막을 수 없는 문제점이 있을 수 있다. 그러나 본 발명에 따르면, 냉각수가 배터리 모듈 케이스(122) 내부에 수용되어 있고, 그 내부에 배열된 배터리 셀(124)을 침지하도록 구성되어 있기 때문에, 특정 배터리 셀(124)에서 화재가 발생하더라도 인접한 다른 배터리 셀로 화재가 전이되는 것을 유효하게 방지할 수 있다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 제어부(210)와 에너지저장장치(ESS) 화재예방 시스템(200)의 각 구성과의 통신을 나타내는 개략도이다. 도 2에서는 도 1에 나타난 구성과 대응되는 구성에 대해서는 설명을 생략한다.
에너지저장장치(ESS) 화재예방 시스템(200)은 에너지저장장치(ESS) 화재예방 시스템의 각 구성을 제어하도록 구성된 제어부를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제어부(210)는 에너지저장장치(ESS) 화재예방 시스템의 각 구성과 유선 또는 무선으로 통신할 수 있다. 구체적으로, 제어부(210)는 배터리 모듈(120) 및/또는 구동부(130)와 유선 또는 무선으로 통신할 수 있다. 예를 들어, 제어부(210)는 배터리 모듈(120)과 PCAN-PCI 인터페이스를 통해 CAN(controller area network) 통신을 실행하고, 구동부(130)와 RS485 통신하는 PC일 수 있다. 제어부(210)는 배터리 모듈(120) 및/또는 구동부(130)와 통신함으로써, 배터리 모듈(120) 및/또는 구동부(130)의 동작을 제어할 수 있다.
도 2에서는 제어부(210)가 배터리 모듈 랙(110)의 외부에 형성된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제어부(210)는 배터리 모듈 랙(110)과 일체형으로 형성될 수 있다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 랙(110)의 전면 사시도(310)와 후면 사시도(320)를 나타낸다. 도 3에서는 도 1에 나타난 구성과 대응되는 구성에 대해서는 설명을 생략한다.
일 실시예에서, 배터리 모듈 랙(110)의 전면부와 후면부는, 외부의 사용자가 배터리 모듈 랙(110) 내부에 수용된 배터리 모듈(120) 및 구동부(130)를 확인할 수 있도록 개방될 수 있다. 이 경우, 배터리 모듈 랙(110)의 개방된 전면부를 통해 배터리 모듈(120) 및 구동부(130)의 전면부를 확인할 수 있고, 배터리 모듈 랙(110)의 개방된 후면부를 통해 배터리 모듈(120) 및 구동부(130)의 후면부(322, 324)를 확인할 수 있다. 일 실시예에서 배터리 모듈(120)의 후면부(322)와 구동부(130)의 후면부(324)는 복수의 하부 구성을 포함할 수 있다. 해당 하부 구성에 대해서는 후속 도면을 참조하여 상세히 설명된다.
일 실시예에서, 에너지저장장치(ESS) 화재예방 시스템은 배터리를 보호하기 위한 배터리 보호 장치(Battery Protection Unit, BPU)(312)를 포함할 수 있다. 배터리 보호 장치(312)는 전류의 과부하 및 단락으로부터 배터리를 안정적으로 보호하기 위한 장치일 수 있다. 예를 들어, 배터리 보호 장치(312)는 배터리 셀에 흐르는 전류/전압 정보를 수신함으로써 에너지저장장치(ESS)의 상태를 지속적으로 모니터링할 수 있다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 배터리 모듈 랙(110)의 개방된 후면부를 나타낸다. 도 4에서는 도 1에 나타난 구성과 대응되는 구성에 대해서는 설명을 생략한다.
일 실시예에서, 구동부는 온도유지부(410), 제2 커넥터(420, 430)를 포함할 수 있다.
온도유지부(410)는 냉각수의 온도를 기준 범위 내로 유지시키는 장치일 수 있다. 제2 커넥터(420, 430)는 냉각수가 구동부를 출입하는 통로에 해당할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 커넥터(420, 430)는 입구부(420)와 출구부(430)로 구분될 수 있다. 제2 커넥터의 입구부(420)는 배터리 모듈(120)로부터 유출된 냉각수가 구동부로 유입하는 통로이고, 제2 커넥터의 출구부(430)는 배터리 모듈(120)로 유입될 냉각수가 구동부로부터 유출되는 통로일 수 있다.
일 실시예에서, 배터리 모듈(120)은 제1 커넥터(440)를 포함할 수 있다. 제1 커넥터(440)는 냉각수가 배터리 모듈(120)을 출입하는 통로에 해당할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 커넥터(440)는 입구부(IN)와 출구부(OUT)로 구분될 수 있다. 제1 커넥터의 입구부(IN)는 구동부로부터 유출된 냉각수가 배터리 모듈(120)로 유입하는 통로이고, 제1 커넥터의 출구부(OUT)는 구동부로 유입될 냉각수가 배터리 모듈(120)로부터 유출되는 통로일 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제1 커넥터(440)와 제2 커넥터(420, 430)는 서로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 커넥터의 입구부(IN)는 제2 커넥터의 출구부(430)와 연결될 수 있고, 제1 커넥터의 출구부(OUT)는 제2 커넥터의 입구부(420)와 연결될 수 있다. 제1 커넥터(440)와 제2 커넥터(420, 430)가 연결된 상태에서, 제어부(도 2의 210)는 제1 커넥터(440)로 투입된 냉각수가 배터리 모듈(120) 내부를 순환하도록 구동부의 동작을 제어할 수 있다. 따라서, 냉각수는 제1 커넥터(440)와 제2 커넥터(420, 430)를 통해 배터리 모듈(120)과 구동부를 순환할 수 있다. 이 과정에서 냉각수는 배터리 모듈(120) 내 배터리 셀과의 열교환을 통해 배터리 셀의 온도를 일정 범위 내로 유지시킬 수 있다.
일 실시예에서, 제1 커넥터(440)와 제2 커넥터(420, 430)를 연결하는 수단은 임의의 호스부(450)일 수 있다. 호스부(450)는 방수기능을 가질 수 있다. 따라서, 호스부(450)를 따라 흐르는 냉각수(126)가 배터리 모듈 케이스(122) 외부로 누수될 염려가 없으므로, 냉각수(126)의 누수 시에 발생할 수 있는 외부 환경의 오염 등의 문제를 예방할 수 있다.
추가적으로, 호스부(450)의 일단에는 제1 커넥터(440) 또는 제2 커넥터(420, 430)와의 고정 결합이 용이하도록 커플러(coupler)(460)가 형성될 수 있다. 커플러(460)를 이용함으로써 제1 커넥터(440)와 호스부(450), 및 제2 커넥터(420, 430)와 호스부(450)의 이격/이탈을 방지할 수 있다.
일 실시예에서, 배터리 모듈(120)은 배터리 모듈(120)의 내부 온도를 감지하며, 감지된 내부 온도를 제어부로 전송할 수 있는 온도감지부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 온도감지부는 BMS(Battery Management System)일 수 있다. 온도감지부에 의해 감지된 배터리 모듈(120)의 내부 온도가 기준 범위를 벗어날 경우, 제어부는 냉각수를 배터리 모듈 안팎으로 순환시키도록 구동부의 동작을 제어할 수 있다. 따라서, 배터리 모듈(120) 내의 온도가 상승하더라도, 제어부는 그러한 온도 변화를 감지하여 구동부에 의해 냉각수를 배터리 모듈(120)과 구동부 사이에서 순환시킴으로써, 냉각수와배터리 모듈(120) 내 배터리 셀과의 열교환을 통해 배터리 모듈(120)의 내부 온도를 일정 범위 내로 유지시킬 수 있다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(120)의 전면 사시도(510)와 후면 사시도(520)를 나타낸다. 도 5의 제1 커넥터(570, 580)는 도 4의 제1 커넥터(440)에 대응될 수 있다.
일 실시예에서, 배터리 모듈(120)의 전면부에는 동작 램프(530)가 형성되고, 배터리 모듈(120)의 후면부에는 배터리 연결포트(540), 통신 포트(550), 드레인(drain)부(560), 제1 커넥터(570, 580)가 형성될 수 있다.
동작 램프(530)는 현재 배터리 모듈(120)의 상태를 나타내는 램프일 수 있다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, CHARGE 램프는 배터리 모듈(120)의 충전 시 불빛이 들어오고, DISCHARGE 램프는 배터리 모듈(120)의 방전 시 불빛이 들어오고, FAULT 램프는 배터리 모듈(120)의 오류 발생 시 불빛이 들어올 수 있다.
배터리 연결포트(540)는 복수의 배터리 모듈(120)을 상호 연결하는 단자일 수 있다. 통신 포트(550)는 배터리 모듈(120)과 제어부(미도시) 상호 간의 유선 통신을 위한 케이블이 연결되는 단자일 수 있다.
드레인부(560)는 배터리 셀의 화재 발생 시 배터리 모듈(120)의 내압을 낮추도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 배터리 모듈(120) 내부의 화재 발생 시 열로 인한 냉각수의 증기가 발생함에 따라 배터리 모듈(120)의 내압이 증가할 수 있다. 이 경우, 드레인부(560)는 배터리 모듈(120)의 내압 증가 시 배터리 모듈(120) 내의 증기 및/또는 액체를 배터리 모듈(120) 외부로 방출함으로써 배터리 모듈(120)의 내압을 낮출 수 있다. 배터리 모듈(120)의 내압이 기준치 이상일 경우, 제어부는 배터리 모듈(120) 내의 증기 또는 액체가 배터리 모듈(120) 외부로 배출되도록 드레인부(560)의 동작을 제어할 수 있다. 대안적으로, 드레인부(560)는 일정 압력 이상을 감지하는 경우 배터리 모듈(120) 내부의 냉각수를 외부로 배출할 수 있는 압력 감지 드레인 밸브일 수 있다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(600)의 투시상면도이다. 일 실시예에서, 배터리 모듈(600)은 냉각수(630), 냉각수(630)에 침지되어 있는 하나 이상의 배터리 셀(620), 및 냉각수(630)와 배터리 셀(620)을 수용하는 배터리 모듈 케이스(610)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 복수의 배터리 셀(620)은 상호 간에 냉각수(630)가 지나갈 정도의 거리만큼 이격 배치될 수 있다. 이 경우, 제1 커넥터(IN, OUT)를 통해 배터리 모듈(600) 안팎으로 순환하는 냉각수(630)는 하나 이상의 배터리 셀(620) 사이를 따라 흐를 수 있다(도 6의 도면부호 632 참조). 이와 같이, 냉각수(630)가 복수의 배터리 셀(620) 사이로 순환함으로써, 냉각수(630)와 배터리 셀(620)의 열교환이 효율적으로 이루어질 수 있다.
본 명세서에서는 본 개시가 일부 실시예들과 관련하여 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자가 이해할 수 있는 본 개시의 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 변경이 이루어질 수 있다는 점을 알아야 할 것이다. 또한, 그러한 변형 및 변경은 본 명세서에 첨부된 특허청구의 범위 내에 속하는 것으로 생각되어야 한다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적으로 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 특허청구 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서, 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로, 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
100: 에너지저장장치(ESS) 화재예방 시스템
110: 배터리 모듈 랙
120: 배터리 모듈
122: 배터리 모듈 케이스
124: 배터리 셀
126: 냉각수
130: 구동부
110: 배터리 모듈 랙
120: 배터리 모듈
122: 배터리 모듈 케이스
124: 배터리 셀
126: 냉각수
130: 구동부
Claims (10)
- 에너지저장장치(ESS) 화재예방 시스템으로서,
복수의 배터리 셀을 수용하며 방수 기능을 갖도록 구성된 케이스를 포함하는 배터리 모듈;
상기 복수의 배터리 셀을 침지하도록 상기 케이스의 내부에 채워져 있는 냉각수;
상기 냉각수의 온도를 기준 범위 내로 유지시키고, 상기 냉각수를 순환시키는 구동부;
상기 배터리 셀의 화재 발생 시 상기 배터리 모듈의 내압을 낮추도록 상기 배터리 모듈에 구성된 드레인(drain)부; 및
상기 냉각수가 상기 배터리 모듈 내부를 순환하도록 상기 구동부를 제어하고, 상기 배터리 모듈의 내압이 기준치 이상일 경우, 상기 배터리 모듈 내의 증기 또는 액체가 상기 배터리 모듈 외부로 배출되도록 상기 드레인부를 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 복수의 배터리 셀 중 하나 이상의 화재 발생 시, 상기 화재가 발생한 상기 배터리 셀의 파열부로 상기 냉각수가 침투하도록 구성된, 에너지저장장치 화재예방 시스템.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 냉각수는 비전도성 액체를 포함하는, 에너지저장장치 화재예방 시스템.
- 제3항에 있어서,
상기 냉각수는 절연성 불소계 액체로 구성되는, 에너지저장장치 화재예방 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 배터리 모듈은,
상기 냉각수가 출입하는 제1 커넥터를 더 포함하고,
상기 제어부는,
상기 제1 커넥터를 통해 상기 냉각수를 배터리 모듈 안팎으로 순환시키도록 상기 구동부를 제어하는,
에너지저장장치 화재예방 시스템.
- 삭제
- 제5항에 있어서,
상기 구동부는, 상기 냉각수가 출입하는 제2 커넥터와 상기 냉각수의 온도를 기준 범위 내로 유지시키는 온도유지부를 포함하는, 에너지저장장치 화재예방 시스템.
- 제7항에 있어서,
상기 제1 커넥터와 상기 제2 커넥터는 서로 연결되는, 에너지저장장치 화재예방 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 배터리 모듈은, 상기 배터리 모듈의 내부 온도를 감지하는 온도감지부를 더 포함하고,
상기 온도감지부에 의해 감지된 상기 내부 온도가 기준 범위를 벗어날 경우, 상기 제어부는 상기 냉각수를 배터리 모듈 안팎으로 순환시키도록 상기 구동부를 제어하는, 에너지저장장치 화재예방 시스템. - 삭제
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