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KR-20260060819-A - BATTERY PACK AND ENERGY STORAGE SYSTEM INCLUDING SAME

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Abstract

본 발명은 배터리 팩 및 이를 포함하는 에너지 저장 시스템을 제공한다. 배터리 팩은 내부에 수용 공간이 구비되는 케이스, 수용 공간에 배치되는 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈, 배터리 모듈 상에 배치되는 소화 튜브를 포함하고, 소화 튜브는, 내부에 충진제가 충진되는 튜브 커버, 및 튜브 커버 상에 형성되는 복수의 분사부를 포함할 수 있다.

Inventors

  • 한진호

Assignees

  • 삼성에스디아이 주식회사

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20241025

Claims (20)

  1. 내부에 수용 공간이 구비되는 프레임; 상기 수용 공간에 배치되는 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈; 상기 배터리 모듈 상에 배치되는 소화 튜브 를 포함하고, 상기 소화 튜브는, 내부에 충진제가 충진되는 튜브 커버; 및 상기 튜브 커버 상에 형성되는 복수의 분사부를 포함하는, 배터리 팩.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 복수의 배터리 셀 각각은, 일단에 개구부가 형성된 케이스; 상기 케이스의 상기 개구부에 결합되고, 벤트 홀이 형성된 캡 플레이트; 및 상기 벤트 홀 상에 배치되는 벤트부 를 포함하고, 상기 복수의 분사부는 상기 복수의 배터리 셀의 상기 벤트부에 대응하는 위치 상에 배치되는, 배터리 팩.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 충진제는 난연성 물질을 포함하는, 배터리 팩.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 난연성 물질은 점성을 가지는 실리콘을 포함하는, 배터리 팩.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 복수의 분사부 각각은 배터리 모듈 방향으로 폭이 좁아지는 깔때기 형상으로 형성되는, 배터리 팩.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 배터리 모듈 상에 배치되는 연결 어셈블리 - 상기 연결 어셈블리는, 상기 복수의 배터리 셀을 전기적으로 연결하는 복수의 버스바, 상기 복수의 버스바를 지지하는 버스바 홀더를 포함함 -; 및 상기 연결 어셈블리 상에 배치되는 탑 플레이트 를 포함하고, 상기 소화 튜브는 상기 연결 어셈블리 및 상기 탑 플레이트 사이에 배치되는, 배터리 팩.
  7. 제1 항에 있어서, 상기 복수의 분사부는 상기 튜브 커버보다 낮은 용융점을 갖는 감열 부재를 포함하는, 배터리 팩.
  8. 제1 항에 있어서, 상기 배터리 모듈과 상기 소화 튜브 사이의 상기 수용 공간에 배치되고, 내부에 소화 약제가 충진된 소화 배관을 포함하는, 배터리 팩.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 소화 배관에 인접하게 배치되는 발열 부재를 포함하고, 상기 소화 배관의 용융점은 상기 복수의 분사부의 용융점 이상인, 배터리 팩.
  10. 제1 항에 있어서, 상기 복수의 배터리 셀 중 이웃하는 배터리 셀 사이에 배치되는 절연 플레이트를 포함하는, 배터리 팩.
  11. 복수의 배터리 팩을 수용하는 적어도 하나의 배터리 랙; 상기 적어도 하나의 배터리 랙에 연결된 소화 장치; 및 상기 적어도 하나의 배터리 랙 및 상기 소화 장치에 연결된 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS) 을 포함하고, 상기 복수의 배터리 팩 각각은, 내부에 수용 공간이 구비되는 프레임; 상기 수용 공간에 배치되는 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈; 상기 배터리 모듈 상에 배치되는 소화 튜브 를 포함하고, 상기 소화 튜브는, 내부에 충진제가 충진되는 튜브 커버; 및 상기 튜브 커버 상에 형성되는 복수의 분사부를 포함하는, 에너지 저장 시스템.
  12. 제11 항에 있어서, 상기 복수의 배터리 셀 각각은, 일단에 개구부가 형성된 케이스; 상기 케이스의 상기 개구부에 결합되고, 벤트 홀이 형성된 캡 플레이트; 및 상기 벤트 홀 상에 배치되는 벤트부 를 포함하고, 상기 복수의 분사부는 상기 복수의 배터리 셀의 상기 벤트부에 대응하는 위치 상에 배치되는, 에너지 저장 시스템.
  13. 제11 항에 있어서, 상기 충진제는 난연성 물질을 포함하는, 에너지 저장 시스템.
  14. 제13 항에 있어서, 상기 난연성 물질은 점성을 가지는 실리콘을 포함하는, 에너지 저장 시스템.
  15. 제11 항에 있어서, 상기 복수의 분사부는 배터리 모듈 방향으로 폭이 좁아지는 깔때기 형상으로 형성되는, 에너지 저장 시스템.
  16. 제11 항에 있어서, 상기 배터리 모듈 상에 배치되는 연결 어셈블리 - 상기 연결 어셈블리는, 상기 복수의 배터리 셀을 전기적으로 연결하는 복수의 버스바, 상기 복수의 버스바를 지지하는 버스바 홀더를 포함함 -; 및 상기 연결 어셈블리 상에 배치되는 탑 플레이트 를 포함하고, 상기 소화 튜브는 상기 연결 어셈블리 및 상기 탑 플레이트 사이에 배치되는, 에너지 저장 시스템.
  17. 제11 항에 있어서, 상기 복수의 분사부는 상기 튜브 커버보다 낮은 용융점을 갖는 감열 부재를 포함하는, 에너지 저장 시스템.
  18. 제11 항에 있어서, 상기 배터리 모듈과 상기 소화 튜브 사이의 상기 수용 공간에 배치되고, 내부에 소화 약제가 충진되고, 상기 소화 장치와 연결되는 소화 배관을 포함하는, 에너지 저장 시스템.
  19. 제18 항에 있어서, 상기 소화 배관에 인접하게 배치되는 발열 부재를 포함하고, 상기 소화 배관의 용융점은 상기 복수의 분사부의 용융점 이상인, 에너지 저장 시스템.
  20. 제11 항에 있어서, 상기 복수의 배터리 셀 중 이웃하는 배터리 셀 사이에 배치되는 절연 플레이트를 포함하는, 에너지 저장 시스템.

Description

배터리 팩 및 이를 포함하는 에너지 저장 시스템{BATTERY PACK AND ENERGY STORAGE SYSTEM INCLUDING SAME} 본 발명은 배터리 팩 및 이를 포함하는 에너지 저장 시스템에 관한 것이다. 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 저용량의 이차 전지는 스마트폰, 피처폰, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량의 이차 전지는 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원 및 전력 저장용 전지 등으로 널리 사용되고 있다. 이러한 이차 전지는 양극 및 음극으로 이루어지는 전극 조립체, 이를 수용하는 케이스, 전극 조립체에 연결되는 전극 단자 등을 포함한다. 에너지 저장 시스템(ESS, Energy Storage System)은 생산된 전기 에너지를 리튬 이온 배터리 등을 활용하여 저장한 후 필요 시 사용할 수 있도록 하는 시스템을 지칭할 수 있다. 이러한 에너지 저장 시스템을 통해 발전, 송전, 변전소, 배전 및 수용의 전 단계에서 에너지가 효율적으로 활용될 수 있다. 한편, 에너지 저장 시스템에 사용되는 배터리 어셈블리는 복수의 리튬 이온 배터리를 포함할 수 있다. 리튬 이온 배터리는 에너지 효율이 높지만, 화재 위험성이 니켈-카드뮴 배터리나 니켈-수소 배터리에 비해 높다. 이러한 리튬 이온 배터리에 열폭주가 발생하는 경우, 화재 또는 폭발이 발생하며 인접한 배터리 셀로 열폭주가 전이될 수 있다. 열폭주 전이가 발생하는 경우, 높은 화재 강도와 연속적인 폭발 위험으로 인해, 화재를 진압하기 어렵다는 문제점이 있다. 이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 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 몇몇 실시예에 따른 배터리 셀을 나타내는 도면이다. 도 2는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 배터리 셀의 단면을 나타내는 도면이다. 도 3은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 배터리 팩을 나타내는 분해사시도이다. 도 4는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 배터리 팩을 나타내는 분해사시도이다. 도 5는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 소화 튜브에서 배터리 셀 상부로 충진제가 분사되는 예시를 나타내는 도면이다. 도 6은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 에너지 저장 시스템을 나타내는 도면이다. 도 7은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 소화 배관에서 소화 약제가 분사되는 모습을 나타내는 도면이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 소화 튜브에 접촉하는 발열 부재의 예시를 나타내는 도면이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 시스템의 화재 진압 방법의 예시를 나타내는 흐름도이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일부 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면을 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 서로 다른 실시예에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호가 부여될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. 또한, 발명의 이해를 돕기 위하여, 첨부된 도면을 실제 축척 대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시 될 수 있다. 또한, 서로 다른 실시예에서 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조번호가 부여될 수 있다. 2개의 비교 대상이 '동일'하다는 언급은 '실질적으로 동일'한 것을 의미한다. 따라서, 실질적 동일은 당업계에서 낮은 수준으로 간주되는 편차, 예를 들어 5% 이내의 편차를 가지는 경우를 포함할 수 있다. 또한, 소정 영역에서 어떠한 파라미터가 균일하다는 것은 평균적 관점에서 균일하다는 것을 의미할 수 있다. 비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것으로, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 제1 구성요소는 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다. 명세서 전체에서, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 각 구성요소는 단수일 수도 복수일 수도 있다. 구성요소의 "상부(또는 하부)" 또는 구성요소의 "상(또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면(또는 하면)에 접하여 배치되는 것 뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에(또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다. 또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접솔?? 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 전기적으로 연결(electrically coupled)되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다. 명세서 전체에서 "A 및/또는 B"라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, A, B 또는 A 및 B를 의미한다. 즉, “및/또는”은 열거된 복수의 항목들의 모든 조합 또는 임의의 조합을 포함한다. "C 내지 D"라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, C 이상이고 D 이하인 것을 의미한다. 본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명의 실시 예를 기술하기 위한 것이며, 본 발명의 제한을 의도하지 않는다. 도 1은 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 배터리 셀(100)을 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 배터리 셀(100)의 단면을 나타내는 도면이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 배터리 셀(100)은 양극(positive electrode)(212)과 음극(negative electrode)(214) 사이에 절연체인 세퍼레이터(separator)(216)를 개재하여 권취된 적어도 하나 이상의 전극 조립체(210)와, 전극 조립체(210)가 내장되고, 일단에 개구부(112)가 형성되는 케이스(110)와, 케이스(110)의 개구부(112)에 결합된 캡 어셈블리(120)를 포함할 수 있다. 본 실시예에 따른 배터리 셀(또는, 셀)(100)는 리튬 이온 이차 전지로서 각형인 것을 예로서 설명한다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 본 발명은 파우치형 배터리 또는 원통형 배터리 등 다양한 형태의 배터리에 적용될 수 있다. 양극(212) 및 음극(214)은 박판의 금속 호일로 형성된 집전체에 활물질이 도포된 영역인 코팅부와 활물질이 코팅되지 않는 영역인 무지부(212a, 214a)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 양극(212)의 코팅부에는 알루미늄 또는 알루미늄 합금과 같은 금속 포일로 형성된 양극판에 전이금속산화물 등의 양극 활물질이 도포 또는 코팅될 수 있다. 양극 활물질은 바인더 및/또는 도전재를 더 포함할 수 있다. 또한, 음극(214)의 코팅부에는 구리, 구리 합금, 니켈 또는 니켈 합금과 같은 금속 포일로 형성된 음극판에 흑연 또는 탄소 등의 음극 활물질이 도포 또는 코팅될 수 있다. 음극 활물질은 바인더 및/또는 도전재를 더 포함할 수 있다. 양극(212) 및 음극(214)은 절연체인 세퍼레이터(216)를 사이에 개재한 후 권취될 수 있다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 상기한 전극 조립체(210)는 복수 개의 시트(sheet)로 이루어진 양극과 음극이 세퍼레이터(216)를 사이에 두고 교대로 적층된 구조로 이루어질 수도 있다. 케이스(110)는 배터리 셀(100)의 전체적인 외관을 형성하며, 알루미늄, 알루미늄 합금 또는 니켈이 도금된 스틸과 같은 도전성 금속으로 형성될 수 있다. 또한, 케이스(110)는 일단에 개구부(112)가 형성되고, 전극 조립체(210)가 수용되는 공간을 제공할 수 있다. 캡 어셈블리(120)는 케이스(110)의 개구부(112)를 덮는 캡 플레이트(122)를 포함할 수 있으며, 케이스(110)와 캡 플레이트(122)는 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 여기서, 양극(212) 또는 음극(214)과 전기적으로 연결된 제1 단자(130_1) 및 제2 단자(130_2)는 캡 플레이트(122)를 관통하여 외측으로 돌출되게 설치될 수 있다. 제1 단자(130_1)는 양극 단자이고, 제2 단자(130_2)는 음극 단자일 수 있다. 물론, 그 반대도 가능하다. 캡 플레이트(122)는 얇은 판으로 이루어져 케이스(110)의 개구부(112)에