JP7834871B2 - 排水構造を備えたバッテリーラック及びこれを含むエネルギー貯蔵システム - Google Patents

Description

本発明は、バッテリーラック及びこれを含むエネルギー貯蔵システムに関し、より具体的には、熱的事象が生じたバッテリーモジュールに投入された消火水が周りの他のバッテリーモジュールに流れ込むことを防ぐための排水構造が適用されたバッテリーラック及びこれを含むエネルギー貯蔵システムに関する。

本出願は、２０２２年０５月０２日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２２－００５４３８９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、広く用いられている二次電池としてはリチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池などが挙げられる。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生じないため充放電が自在であり、自己放電率が非常に低くエネルギー密度が高いという利点により脚光を浴びている。

一般に、リチウム二次電池は、外装材の形状に応じて、電極組立体が金属缶に内蔵されている缶型二次電池と、電極組立体がアルミニウムラミネートシートのパウチに内蔵されているパウチ型二次電池と、に大別できる。

二次電池は、単独で用いられることもあるが、一般に、１つの二次電池は、電圧が僅か約２．５Ｖ～４．５Ｖに過ぎないため、さらに高い出力電圧が求められる場合、複数の二次電池同士を互いに直列に及び／又は並列に接続してバッテリーモジュールを構成する。そして、バッテリーモジュールは、単独で用いられることもあれば、２以上が互いに電気的に直列に及び／又は並列に接続されて、バッテリーラックやバッテリーパックなどといったように、より上位レベルの装置を構成することもある。

一方、近年、電力の不足や環境にやさしいエネルギーなどいったようなイシューが取り上げられることに伴い、複数のバッテリーラックを含んでオフピーク（ｏｆｆ－ｐｅａｋ）時の電力を貯蔵していて、ピーク（ｐｅａｋ）の際に貯蔵された電力を使用できるように構成されたエネルギー貯蔵システムが注目を集めている。

一例を挙げると、産業用のエネルギー貯蔵システムは、ラックケース及び前記ラックケースに上下方向に沿って収容される数多くのバッテリーモジュールからなるバッテリーラックと、前記バッテリーラック及びバッテリーラックの温度を管理するための空調装置と、火災の予防のための消火装置などを収容可能なコンテナと、を含んで構成され得る。

そして、最近には、エネルギー貯蔵システムの火災時の安全対策として、バッテリーラックに搭載された特定のバッテリーモジュールの内部においてバッテリーセルの熱暴走の現象が生じる場合、他のバッテリーモジュールに熱が広がらないうちに消火水を前記特定のバッテリーモジュールの内部に投入して火災を鎮圧できるように設計された消火システムがエネルギー貯蔵システムに導入されている。

ところが、既存のバッテリーラックは、図１に示されているように、ラックケースが上下左右に開かれたフレーム状のものであり、バッテリーモジュールはこれといった適切な排水構造なしに前記ラックケースに多段状に積層されているが故に、上記のような消火システムにより消火水がバッテリーモジュールの内部に投入された後、当該バッテリーモジュールの外部に漏れ出てしまうと、周りの他のバッテリーモジュールの内部に流れ込み易くなる恐れがある。この場合、周りの他のバッテリーモジュールが浸水の被害を被ってしまい、その結果、正常のバッテリーモジュールもまた使用できなくなるという損失が引き起こされることが懸念される。

本発明は、上記のような問題を解消するために案出されたものであって、熱的事象が生じたバッテリーモジュールに投入された消火水が周りの他のバッテリーモジュールに流れ込むことを防ぐことのできる、排水構造を備えたバッテリーラック及びこれを含むエネルギー貯蔵システムを提供することをその目的としている。

本発明が解決しようとする技術的課題は、上述した課題に何ら制限されるものではなく、言及されていない他の課題は、下記に記載されている発明の説明から当業者にとって明らかに理解できる筈である。

上記の目的を達成するために、本発明によるバッテリーラックは、複数のバッテリーモジュールと、所定の高さごとに前記複数のバッテリーモジュールをそれぞれ嵌入して収容可能なように設けられて、前方と後方を除いた上下左右の方面が閉塞された構造となっている収容部を備えたラックケースと、火災の際に、消火水の供給のために、前記収容部に収容された各前記バッテリーモジュールに接続される消火水供給配管と、前記ラックケースの前方の外側面及び後方の外側面の少なくとも一方の面に配備されて、前記バッテリーモジュールに消火水を投入するときに、前記バッテリーモジュールの外部に吐き出される消火水が前記ラックケースの外側面から所定の間隔だけ離れている位置に落下するように、消火水の排水を導く排水ガイドユニットと、を含み得る。

前記排水ガイドユニットは、上下に隣り合っている２つずつの前記バッテリーモジュールのうち、上部に位置しているバッテリーモジュールよりも低く、かつ、下部に位置しているバッテリーモジュールよりも高い位置において前記ラックケースの外側面に結合されるように設けられ得る。

前記排水ガイドユニットは、板面が前記ラックケースの外側面と所定の角度をなすことができるように前記ラックケースの外側面から突出するように設けられ得る。

前記排水ガイドユニットは、前記ラックケースの外側面に回転可能に結合され得る。

前記排水ガイドユニットは、上方向に回して、前記排水ガイドユニットの上部に位置している前記収容部を覆うように設けられ得る。

前記排水ガイドユニットは、下方向に回して、前記排水ガイドユニットの上部にある前記収容部を開くように設けられ得る。

前記排水ガイドユニットは、前記ラックケースの外側面にヒンジ結合された板状体の形状に設けられた排水ガイド板と、前記排水ガイド板が前記ラックケースの外側面に対して予め定められた角度をなすように前記排水ガイド板の回転を制限するストッパーと、を含み得る。

前記ストッパーは、前記予め定められた角度において前記ラックケースの外側面と接触するように、回転軸に近い前記排水ガイド板の辺縁領域から突出した突起状に設けられ得る。

前記排水ガイドユニットは、上方向に回して、前記排水ガイド板が前記ラックケースの外側面に並ぶように固定されるように、前記排水ガイド板の回転軸の反対側の辺縁領域に配備された磁石をさらに含み得る。

前記排水ガイドユニットは、前記ラックケースの前方の外側面に配備された第１の排水ガイドユニットと、前記ラックケースの後方の外側面に配備された第２の排水ガイドユニットと、を含み得る。

前記ラックケースにおいて、前記収容部は、後方側の開放端の左右の幅が前方側の開放端の左右の幅よりもさらに狭くなるように設けられ、前記消火水供給配管は、前記ラックケースの後方の外側面を通過して各前記バッテリーモジュールに接続されるように設けられ得る。

前記第１の排水ガイドユニットは、各前記収容部の前方側の開放端を覆うサイズに設けられ、前記第２の排水ガイドユニットは、各前記収容部の後方側の開放端を覆うサイズに設けられ得る。

前記バッテリーモジュールは、モジュールハウジングの前面に送風ファンを備え、前記モジュールハウジングの背面に空調孔を備え、前記収容部の後方側の開放端を介して前記空調孔が外部に露出されるように前記収容部に嵌入されて配置され得る。

前記バッテリーモジュールを前記収容部に嵌入したとき、前記モジュールハウジングの背面は、前記空調孔の下側が前記ラックケースの後方の外側面により遮蔽されるように構成され得る。

本発明の他の態様によれば、上述したバッテリーラックを１つ以上含むエネルギー貯蔵システムが提供され得る。

本発明によれば、バッテリーラックを構成するバッテリーモジュールのうち、熱的事象が生じたバッテリーモジュールに消火水を投入したとき、たとえ当該バッテリーモジュールから消火水が溢れ出て外部に吐き出されるとしても、周りの他のバッテリーモジュールに流れ込まないことが可能になる。したがって、やむを得ずバッテリーラックに消火水を投入するとしても、熱的事象が生じたバッテリーモジュールを除いた他のバッテリーモジュールの浸水の被害を防ぐことができる。

本発明の効果は、上記の効果に限らず、言及されていない他の効果は本明細書及び添付図面から本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者にとって明確に理解できるものであろう。

従来の技術によるバッテリーラックの一領域を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーラックであって、バッテリーモジュールの嵌入前のバッテリーラックを概略的に示す斜視図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーラックであって、バッテリーモジュールの嵌入後のバッテリーラックを概略的に示す斜視図である。 図３のバッテリーラックの正面図である。 図３のバッテリーラックの背面図である。 図３のバッテリーラックの側面図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールであって、空調孔と給水弁が配備されているバッテリーモジュールの後方を示す図である。 図７のバッテリーモジュールの部分分解図である。 図７のバッテリーモジュールの概略断面図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーラックに消火水が投入され、かつ、排水される例を説明するための図である。 本発明の一実施形態によるエネルギー貯蔵システムを概略的に示す図である。

以下、添付図面に基づいて、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。これに先立ち、 本明細書及び特許請求の範囲に使われた用語や単語は通常の意味や、辞書的な意味に限定して解釈されるものではなく、発明者は発明を最善の方法で説明するために用語の概念を自ら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対応する意味及び概念で解釈されるものである。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、本発明の好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表すものではないため、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の実施形態があり得ることを理解されたい。

図２は、本発明の一実施形態によるバッテリーラックであって、バッテリーモジュールの嵌入前のバッテリーラックを概略的に示す斜視図であり、図３は、本発明の一実施形態によるバッテリーラックであって、バッテリーモジュールの嵌入後のバッテリーラックを概略的に示す斜視図であり、図４は、図３のバッテリーラックの正面図であり、図５は、図３のバッテリーラックの背面図である。

これらの図面を参照すると、本発明の一実施形態によるバッテリーラック１００は、複数のバッテリーモジュール１１０と、ラックケース１２０と、消火水供給配管１３０及び排水ガイドユニット１４０を含み得る。

それぞれのバッテリーモジュール１１０は、二次電池１１１と前記二次電池１１１を収容するモジュールハウジング１１２とを含み、電気エネルギーを貯蔵及び放出するように構成され得る。ここで、前記二次電池１１１は、バッテリーモジュール１１０に求められる容量及び出力に応じて、モジュールハウジング１１２の内部において互いに直列に及び／又は並列に接続され得る。

また、それぞれのバッテリーモジュール１１０は、充放電の際に生じる熱を放熱するための手段としてクーリングファン１１４と空調孔１１６を備え得る。例えば、前記クーリングファン１１４は、モジュールハウジング１１２の前面部に設けられ、前記空調孔１１６は、モジュールハウジング１１２の背面部に設けられ得る。前記クーリングファン１１４が作動すれば、外部の空気がバッテリーモジュール１１０の背面部の空調孔１１６を介してバッテリーモジュール１１０の内部に入り込んで二次電池１１１の熱を吸収し、バッテリーモジュール１１０の前面部のクーリングファン１１４を介して外部に排出されることが可能になる。本実施形態とは逆に、クーリングファン１１４がバッテリーモジュール１１０の背面に設けられ、空調孔１１６がバッテリーモジュール１１０の前面に設けられることもある。

また、それぞれのバッテリーモジュール１１０は、充放電の際に二次電池１１１に熱暴走、発火、爆発などの熱的事象が生じる状況に備えて、モジュールハウジング１１２の内部に直接的に消火水を供給可能なように構成され得る。例えば、消火水供給配管１３０がそれぞれのバッテリーモジュール１１０の背面に接続され、熱的事象が生じたとき、当該バッテリーモジュール１１０に消火水が投入されるように構成され得る。この詳細については、後述する。

ラックケース１２０は、図３に示すように、所定の高さごとに前記複数のバッテリーモジュール１１０をそれぞれ内部に嵌入して収容可能なように概ね直方体の形状に設けられ得る。また、前記ラックケース１２０は、衝撃や振動からバッテリーモジュール１１０を十分に保護できるように剛性材質から作製され得、好ましくは、金属系の材質から作製され得るが、非金属系の材質であるとしても機械的な剛性に優れた材質から作製され得る。

特に、本発明によるラックケース１２０は、上下方向に沿って複数の収容部１２１を備え、前記収容部１２１にバッテリーモジュール１１０がそれぞれ収容可能なように構成される。それぞれの収容部１２１は、前方－Ｙと後方＋Ｙを除いた上下左右＋Ｚ、－Ｚ、－Ｘ、＋Ｘの方面が閉塞された構造となっている場合もある。すなわち、本発明によるラックケース１２０は、従来のラックケース１（図１参照）が前後上下左右に開かれた構造に設けられていたこととは異なり、上下左右が閉塞された構造であるといえる。

本明細書の背景技術の欄において前述した通り、図１に示すように、上下左右が開かれた形状のラックケース１は、特定のバッテリーモジュール２の内部に消火水を給水したとき、バッテリーモジュール２から消火水が外に漏れ出ると、当該バッテリーモジュール２の下に配置されているバッテリーモジュール２が浸水の被害を被ってしまう。このような問題を解消するために、本発明によるラックケース１２０は、消火水を用いた火災の鎮圧に際して、他のバッテリーモジュール１１０の浸水の被害を防ぎ、消火水の排水を前方又は後方に導くために、それぞれの収容部１２１の上下左右の方面が閉塞されており、前方と後方のみが開かれた形状に構成され得る。

そして、バッテリーモジュール１１０の外部に吐き出された消火水がラックケース１２０の前方又は後方に移動してラックケース１２０の外に落下するとき、前記ラックケース１２０の外側面から所定の間隔だけ離れている位置に落下できるように、前記ラックケース１２０の前方の外側面及び後方の外側面の少なくとも一方の面に排水ガイドユニット１４０が配備され得る。

このような排水ガイドユニット１４０は、図３に示すように、板面が前記ラックケースの外側面と所定の角度をなすようにラックケース１２０の外側面にから所定の角度だけ傾くように突設され得る。たとえて言えば、排水ガイドユニット１４０は、地面に対して垂直なラックケース１２０の外側面を基準として外側に所定の角度だけ斜めに突出した形状に配設されてその上から落下する消火水からその下に位置している収容部１２１中のバッテリーモジュール１１０を保護して遮るまるで軒（ひさし）のような役割を果たすように構成される。このような排水ガイドユニット１４０は、バッテリーモジュール１１０の発火の際に前記バッテリーモジュール１１０から噴出されるベントガスないし火炎がその上部又は下部に位置しているバッテリーモジュール１１０に燃え移ることを遮断する役割も果たし得る。

具体的には、前記排水ガイドユニット１４０は、図３及び図４に示されているように、上下に隣り合っている２つずつのバッテリーモジュール１１０のうち、上側のバッテリーモジュール１１０よりも低く、かつ、下側のバッテリーモジュール１１０よりも高い位置においてラックケース１２０の外側面に結合され得る。すなわち、排水ガイドユニット１４０は、上下方向に沿って複数備配され、前記上バッテリーモジュール１１０と前記下バッテリーモジュール１１０との間の高さごとにラックケース１２０の外側面に結合されるように構成され得る。例えば、本実施形態においては、バッテリーラック１００には７個のバッテリーモジュール１１０が上下方向に積層されているが、この場合、排水ガイドユニット１４０は、ラックケース１２０の前方の外側面１２０Ｆに６個が結合され、ラックケース１２０の後方の外側面１２０Ｒに６個が結合されるように構成され得る。すると、前記７個のバッテリーモジュール１１０のうちのいずれのバッテリーモジュール１１０に熱的事象が生じて消火水を投入するとしても、当該バッテリーモジュール１１０を除いた他のバッテリーモジュール１１０は、前記消火水による浸水の被害を被らないことが可能になる。

図３を参照すると、ラックケース１２０の前面部を見ると、排水ガイドユニット１４０がその下に位置している収容部１２１の前方側の開放端の手前側を部分的に遮るように設けられている。この場合、バッテリーモジュール１１０を水平状態で収容部１２１に直ちに嵌入しようとすれば、排水ガイドユニット１４０に干渉されて前記収容部１２１に嵌入することができない。いうまでもなく、本実施形態とは異なり、バッテリーモジュール１１０を収容部１２１に嵌入するとき、排水ガイドユニット１４０が干渉されない程度に前記排水ガイドユニット１４０の軒の長さを短くして構成することもある。しかしながら、本実施形態においては、排水ガイドユニット１４０による消火水の排水がより一層効果的に行われるようにするために、前記排水ガイドユニット１４０の軒の長さを長尺状に構成している。

この場合、バッテリーモジュール１１０を収容部１２１に嵌入し難くなるという問題があるため、この問題を解消するための方便として、本実施形態によるバッテリーラック１００は、前記排水ガイドユニット１４０が回転可能に設けられている。

また、図２に示されているように、バッテリーモジュール１１０をラックケース１２０の収容部１２１に嵌入する前には、排水ガイドユニット１４０を回転させて前記ラックケース１２０の外側面に取り付け可能なように構成されている。

前記排水ガイドユニット１４０は、上方向に回して、当該排水ガイドユニット１４０の上部にある収容部１２１を覆うように設けられる。これとは逆に、前記排水ガイドユニット１４０を下方向に回すと、当該排水ガイドユニット１４０の上部にある収容部１２１を開くことが可能なように設けられ得る。このとき、下方向に回された前記排水ガイドユニット１４０は、図３に示すように、その下部に位置している収容部１２１に対して軒として働き得る。

上記のような構成によれば、バッテリーモジュール１１０をラックケース１２０の中に収容するとき、例えば、図２に示されているように、ラックケース１２０の最下端の収容部１２１にバッテリーモジュール１１０を嵌入した後、前記最下端の収容部１２１の直ぐ上にある排水ガイドユニット１４０を下方向に所定の角度だけ回す。このとき、前記ラックケース１２０の下から２番目に位置している収容部１２１が開かれる。このようにして開かれた前記２番目の収容部１２１にバッテリーモジュール１１０を嵌入する。このようなパターンにより前記ラックケース１２０の最下端に位置している収容部１２１から最上端に位置している収容部１２１までバッテリーモジュール１１０を順番に嵌入する。すると、ラックケース１２０にバッテリーモジュール１１０が収容され、図３に示すように、各排水ガイドユニット１４０が前記ラックケース１２０の外側面と所定の角度をなし、前記ラックケース１２０の外側面から突出した形状に設けられることが可能になる。

このような排水ガイドユニット１４０は、排水ガイド板１４１とストッパー１４２を含み得る。

前記排水ガイド板１４１は、ラックケース１２０の外側面にヒンジ１４３結合される板状体の形状に設けられ得る。前記排水ガイド板１４１は、上に回転させてラックケース１２０の外側面に取り付けたとき、その上の収容部１２１が覆われるサイズに設けられ、剛性を有する材質であれば、プラスチックであってもよく、メタルであってもよいなど、いかなる材質であっても構わない。そして、前記排水ガイド板１４１は、ヒンジ１４３結合された辺縁領域とは反対となる辺縁領域に、図２の拡大図の部分に示されているように、磁石１４４を備え得る。前記磁石１４４は、排水ガイド板１４１を上に回転させてラックケース１２０の外側面に固定するための用途に使用可能である。

また、前記排水ガイドユニット１４０は、図３に示すように、排水ガイド板１４１にストッパー１４２が一体化されていることから、前記排水ガイド板１４１が下方向（－Ｚ方向）に回転するとき、所定の角度において回転が止まることができる。

すなわち、前記排水ガイド板１４１が前記ラックケース１２０の外側面に対して予め定められた角度θをなすとき、ストッパー１４２の１つの面が前記ラックケースの外側面と対面接触するように構成されていることから、排水ガイド板１４１の回転が制限される。ここで、前記予め定められた角度θは、例えば、３０°～６０°の範囲において決定され得る。そのため、前記排水ガイドユニット１４０がその下部に位置している収容部１２１に対して軒として働くことができる。

本実施形態の場合、前記ストッパー１４２は、図３の拡大図の部分に示されているように、前記予め定められた角度θにおいて前記ラックケース１２０の外側面と接触するように、回転軸に近い前記排水ガイド板１４１の辺縁領域から突出した突起状に設けられ得る。

前記突起の形状は、好ましくは、断面が略直角三角形の形状であり、排水ガイド板１４１の左右（±Ｘ方向）の幅に対応する長さに見合う分だけ長尺状に延びるように設けられ得る。このようなストッパー１４２によれば、排水ガイド板１４１は、下方向に回されていて、直角三角形の形状の斜面がラックケース１２０の外側面に当接するときに止まることになる。これにより、排水ガイド板１４１は、ラックケース１２０の外側面に対して予め定められた角度をもって傾くように突出した軒の構造をなすことが可能になる。

一方、本実施形態による排水ガイドユニット１４０は、図４に示すように、ラックケース１２０の前方の外側面１２０Ｆに配備される第１の排水ガイドユニット１４０Ａと、図５に示すように、ラックケース１２０の後方の外側面１２０Ｒに配備される第２の排水ガイドユニット１４０Ｂと、を含む。

前記第１の排水ガイドユニット１４０Ａは、各前記収容部１２１の前方側の開放端を覆うサイズに設けられ、前記第２の排水ガイドユニット１４０Ｂは、各前記収容部１２１の後方側の開放端を覆うサイズに設けられ得る。たとえて言えば、前述した通り、第１の排水ガイドユニット１４０Ａは、図２に示すように、上方向（＋Ｚ方向）に回転させてラックケース１２０の前方の外側面に取り付けたとき、収容部１２１の前方側の開放端が覆われるサイズに設けられ、同様に、第２の排水ガイドユニット１４０Ｂは、上方向（＋Ｚ方向）に回転させてラックケース１２０の後方の外側面に取り付けたとき、収容部１２１の後方側の開放端が覆われるサイズに設けられ得る。

すなわち、図４と図５に示されているように、収容部１２１の前方側の開放端のサイズと後方側の開放端のサイズとが互いに異なる場合、これに対応するように、第１の排水ガイドユニット１４０Ａのサイズと第２の排水ガイドユニット１４０Ｂのサイズとが互いに異なるように設けられ得る。

特に、本実施形態において、ラックケース１２０の各収容部１２１は、後方側の開放端の左右（±Ｘ方向）の幅が前方側の開放端の左右の幅よりも狭くなるように設けられる。換言すれば、図５に示すように、収容部１２１の後方側の開放端の左右の幅は、「Ｌ１」に見合う分の幅を有するように設けられる。これは、ラックケース１２０の後方の外側面１２０Ｒに消火水供給配管１３０と前記第２の排水ガイドユニット１４０Ｂとをこれらが互いに干渉しないように配置するためである。すなわち、図５における「Ｌ２」に見合う分だけの残余部分に消火水供給配管１３０を配置して、第２の排水ガイドユニット１４０Ｂとの干渉を避けることができる。

前記消火水供給配管１３０は、各バッテリーモジュール１１０に非常時に消火水を供給するための構成要素であって、前記ラックケース１２０の後方の外側面を通過して前記収容部１２１の内部に位置しているバッテリーモジュール１１０に接続されるように構成され得る。例えば、前記消火水供給配管１３０は、図６に示すように、ラックケース１２０に対して上下方向に沿って配置される主配管１３１と、前記主配管１３１から交差状に枝分かれされる複数の接続ノズル１３２と、を含み、それぞれの接続ノズル１３２がラックケース１２０の背面の外側面を通過してバッテリーモジュール１１０の背面に配備される給水弁１１７に接続されるように設けられ得る。参考までに、前記それぞれの接続ノズル１３２は、ラックケース１２０の背面の外側面に設けられる通孔（図示せず）を介して前記ラックケース１２０の内側に嵌入され得る。

次いで、図７～図９を参照して、二次電池１１１の熱暴走ないし発火の際にバッテリーモジュール１１０の内部に消火水を投入するためのバッテリーモジュール１１０の構成について述べる。

前述した通り、バッテリーモジュール１１０は、モジュールハウジング１１２と、前記モジュールハウジング１１２の内部に収容される二次電池１１１と、前記モジュールハウジング１１２の背面に設けられる空調孔１１６と給水弁１１７、及び前記モジュールハウジング１１２の前面に設けられるクーリングファン１１４を備え得る。

したがって、バッテリーモジュール１１０をラックケース１２０の収容部１２１に嵌入すれば、クーリングファン１１４はラックケース１２０の前方側に配置され、空調孔１１６と給水弁１１７はラックケース１２０の後方側に配置され得る。このようなバッテリーモジュール１１０は、ラックケース１２０の収容部１２１に嵌入されて配置されたとき、空調孔１１６の下側がラックケース１２０の後方の外側面により遮蔽され得る。すなわち、図５と図６に「Ｋ１」にて示されているように、ラックケース１２０は、各収容部１２１の後方側の開放端に各前記収容部１２１の底面から突出した壁体を備え得る。前記壁体は、消火水が収容部１２１の後方側に抜け出ることを防ぐ役割を果たす。

前記モジュールハウジング１１２は、内部に二次電池１１１を一方向に積層して形成したセル積層体を収容可能な内部空間を有し、ボトムプレート、トッププレート、左側及び右側のサイドプレート１１２ａ、フロントプレート１１３及びリアプレート１１５から構成された概ね直方体の形状のボックスの形状に設けられ得る。ここで、前記６枚のプレートは、互いに組み立て及び分解可能に設けられてもよいし、前記６枚のプレートの一部は一体に作製し、残りのプレートはそれぞれ別々に作製して部分的に組み立て及び分解可能に設けられてもよい。

前記二次電池１１１としては、パウチ型二次電池１１１が採用可能である。複数のパウチ型二次電池１１１を一方向に積層してセル積層体を作製し、前記セル積層体をモジュールハウジング１１２の内部に収容する。

前記セル積層体は、前記パウチ型二次電池１１１の長手方向がモジュールハウジング１１２のサイドプレート１１２ａと交差するように前記モジュールハウジング１１２の中に配置され得る。換言すれば、図９に示すように、二次電池１１１の積層方向と交差する方向をそれぞれセル積層体の前面方向と背面方向としたとき、セル積層体は、前面部と背面部とがそれぞれ左側及び右側のサイドプレート１１２ａと所定の間隔を挟んで向かい合うように配置され得る。このように、セル積層体をモジュールハウジング１１２の内部に配置することにより、モジュールハウジング１１２の内部に空気の流動空間と消火ユニット１１８を配置可能な空間が確保されることが可能になる。

前記消火ユニット１１８は、図８及び図９に示されているように、パイプ状のユニット本体１１８ａと、複数の噴射ノズル１１８ｂと、を含み得る。

前記ユニット本体１１８ａは、一方の端が給水弁１１７に連結され、モジュールハウジング１１２の長手方向に沿って長尺状に延びたパイプ状に設けられ得る。そして、複数の噴射ノズル１１８ｂは、前記ユニット本体１１８ａの長手方向に沿って所定の間隔ごとに配備され、排出口が前記セル積層体に臨むように設けられ得る。

詳しくは図示しないが、それぞれの噴射ノズル１１８ｂは、平常時に消火水が吐き出されて排出口を閉塞していて、熱的ダメージが加えられれば、前記排出口を開くように設けられたガラスバルブ（図示せず）を含み得る。前記ガラスバルブは、内部に所定の液体や気体を収容していて、熱を受けると、液体や気体の体積の膨張により割れるように構成され得る。このような構成により、例えば、バッテリーモジュール１１０の内部の温度が７０℃～１００℃以上に上昇したり、火炎や高温のベントガスがガラスバルブに熱的ダメージを加えたりする状況になると、前記ガラスバルブの内部の物質が膨張してガラスバルブが破損されて噴射ノズル１１８ｂの排出口が開かれ得る。すると、ユニット本体１１８ａの内部の消火水が前記噴射ノズル１１８ｂの排出口を介してセル積層体に向かって吐き出され得る。

本実施形態とは異なり、リアプレート１１５の外側において給水弁１１７の一方の端と消火水供給配管１３０の接続ノズル１３２とが連結されるようにし、リアプレート１１５の内側に給水弁１１７の他方の端、すなわち、ガラスバルブの結合された排出口が配置されるようにする場合もある。この場合、前述した消火ユニット１１８は、モジュールハウジング１１２の内部から省略され得る。

上記のような消火水の給水方式によれば、バッテリーラック１００に含まれているそれぞれのバッテリーモジュール１１０のうち、熱的事象が生じたバッテリーモジュール１１０に限って、そのバッテリーモジュール１１０の内部に消火水が供給されることが可能になる。

以下では、図１０を参照して、本発明の一実施形態によるバッテリーラック１００の構成によるとき、バッテリーモジュール１１０の内部に熱的事象が生じて消火水が給水された後、消火水が外部に排水されるメカニズムについて説明する。

例えば、図１０に示されているバッテリーラック１００に含まれているバッテリーモジュール１１０のうち、上から２番目のバッテリーモジュール１１０に熱的事象が生じると、前記２番目のバッテリーモジュール１１０の内部にある噴射ノズル１１８ｂの排出口が開かれる。すると、圧力の差により消火水が供給配管から前記２番目のバッテリーモジュール１１０の給水弁１１７を介してバッテリーモジュール１１０の内部に入り込み、ユニット本体１１８ａに沿って移動しながら、各噴射ノズルの排出口から吐き出される。

このように、複数のバッテリーモジュール１１０のうち、熱的事象が生じた２番目のバッテリーモジュール１１０の内部に直接的に消火水を投入することにより、より一層速やかにかつ効果的に前記２番目のバッテリーモジュール１１０の火災の状況や熱暴走の状況を初期に鎮圧することができる。その結果、他のバッテリーモジュール１１０への熱暴走ないし火炎の伝播を遮断することができ、さらには、バッテリーラック１００を含むエネルギー貯蔵システム２００の全体の焼損を防ぐことができる。

一方、バッテリーモジュール１１０のモジュールハウジング１１２は、完全に密閉されている構造となっていない。すなわち、モジュールハウジング１１２には、空調孔１１６やクーリングファン１１４、組み立て公差などにより隙間が存在する可能性がある。したがって、バッテリーモジュール１１０の内部に投入された消火水は、上記のような部分を介してバッテリーモジュール１１０の外部に漏れ出てしまう恐れがある。このように、バッテリーモジュール１１０の外に流れ出た消火水が他の正常のバッテリーモジュール１１０に流れ込んでしまうと、当該バッテリーモジュール１１０に深刻な浸水の被害を被らせてしまうことが懸念される。

このため、本発明によるバッテリーラック１００は、上述した通り、前方と後方を除いた上下左右の方面が閉塞された構造となっている収容部１２１に各バッテリーモジュール１１０が収容されるように構成されて、他の正常のバッテリーモジュール１１０に浸水の被害がないように構成されている。例えば、たとえ前記２番目のバッテリーモジュール１１０から消火水が漏れ出るとしても、図１０に示すように、ラックケース１２０の前方側と後方側にのみ消火水の排水が行われる。したがって、他の正常のバッテリーモジュール１１０が浸水の被害を被ってしまう可能性は非常に低い。

さらに、消火水が前記２番目のバッテリーモジュール１１０がある収容部１２１の外に排水されるとき、排水ガイドユニット１４０に沿って消火水の流れが外側にさらに導かれてラックケース１２０の前方の外側面又は後方の外側面から所定の間隔だけ離れている位置から消火水が落下し得る。また、ラックケース１２０の高さ方向に沿って排水ガイドユニット１４０が上下に多段状に配置されており、相対的に下側にある排水ガイドユニット１４０が２番目のバッテリーモジュール１１０の高さから落下する消火水から各バッテリーモジュール１１０を保護していることから、前記２番目のバッテリーモジュール１１０の下にある他の正常のバッテリーモジュール１１０が浸水の被害を被ってしまう可能性はさらに低くなる。

また、本実施形態のラックケース１２０の場合、各収容部１２１の後方側の開放端に各前記収容部１２１の底面から突出した壁体があることから、収容部１２１の内部において、図１０の「Ｆ１」にて示されているように、消火水が前記壁体に遮られて収容部１２１の前方側に移動することができる。したがって、ほとんどの消火水は、ラックケース１２０の前方側に排水されることが可能になる。

以上述べたように、本発明によるバッテリーラック１００によれば、熱的事象が生じたバッテリーモジュール１１０に投入された消火水が周りの他のバッテリーモジュール１１０に流れ込むことを防ぐことができる。

一方、本発明によるエネルギー貯蔵システム２００は、上述したバッテリーラック１００を１つ以上含んで構成され得る。

例えば、図１１に示すように、エネルギー貯蔵システム２００は、複数のバッテリーラック１００と、前記複数のバッテリーラック１００を収容するコンテナ２１０及び各バッテリーラック１００の消火水供給配管１３０と連結された連結配管２２０を含み得る。

図面の描きやすさのために図示はしないが、前記エネルギー貯蔵システム２００は、コンテナ２１０の内部の温度を管理するための空調装置と、バッテリーラック１００を統合的に制御するためのマスターバッテリー管理装置（Ｍａｓｔｅｒ Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）などをさらに含み得る。

以上のように、本発明を限定された実施形態と図面によって説明したが、本発明はこれらに何ら限定されるものではなく、本発明が属する技術分野において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様々な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。

一方、本明細書においては、上、下、左、右、前、後などの方向指示語が用いられたが、これらの用語は説明のしやすさのために用いられたものに過ぎず、対象となる物事の位置や観測者の位置などに応じて異なってくる可能性があるということは本発明の当業者にとって自明である。

１００ バッテリーラック
１１０ バッテリーモジュール
１１１ 二次電池
１１１ パウチ型二次電池
１１２ モジュールハウジング
１１６ 空調孔
１１７ 給水弁
１１８ 消火ユニット
１１８ａ ユニット本体
１１８ｂ 噴射ノズル
１２０ ラックケース
１２１ 収容部
１３０ 消火水供給配管
１３１ 主配管
１３２ 接続ノズル
１４０ 排水ガイドユニット
１４０Ａ 第１の排水ガイドユニット
１４０Ｂ 第２の排水ガイドユニット
１４１ 排水ガイド板
１４２ ストッパー
１４３ ヒンジ
１４４ 磁石
２００ エネルギー貯蔵システム

Claims (14)

1. 複数のバッテリーモジュールと、
   所定の高さごとに前記複数のバッテリーモジュールをそれぞれ嵌入して収容可能なように設けられて、前方と後方を除いた上下左右の方面が閉塞された構造となっている収容部を備えたラックケースと、
   火災の際に、消火水の供給のために、前記収容部に収容された各前記バッテリーモジュールに連結される消火水供給配管と、
   前記ラックケースの前方の外側面及び後方の外側面の少なくとも一方の面に配備されて、前記バッテリーモジュールに消火水を投入するときに、前記バッテリーモジュールの外部に吐き出される消火水が前記ラックケースの外側面から所定の間隔だけ離れている位置に落下するように、消火水の排水を導く排水ガイドユニットと、
   を含み、
   前記排水ガイドユニットは、
   前記ラックケースの外側面に回転可能に結合されている、バッテリーラック。
2. 前記排水ガイドユニットは、
   上下に隣り合っている２つずつの前記バッテリーモジュールのうち、上部に位置しているバッテリーモジュールよりも低く、かつ、下部に位置しているバッテリーモジュールよりも高い位置において前記ラックケースの外側面に結合されている、請求項１に記載のバッテリーラック。
3. 前記排水ガイドユニットは、
   板面が前記ラックケースの外側面と所定の角度をなすことができるように前記ラックケースの外側面から突出している、請求項１または２に記載のバッテリーラック。
4. 前記排水ガイドユニットは、
   上方向に回して、前記排水ガイドユニットの上部に位置している前記収容部を覆うように設けられている、請求項１または２に記載のバッテリーラック。
5. 前記排水ガイドユニットは、
   下方向に回して、前記排水ガイドユニットの上部にある前記収容部を開くように設けられている、請求項１または２に記載のバッテリーラック。
6. 前記排水ガイドユニットは、
   前記ラックケースの外側面にヒンジ結合された板状体の形状に設けられた排水ガイド板と、
   前記排水ガイド板が前記ラックケースの外側面に対して予め定められた角度をなすように前記排水ガイド板の回転を制限するストッパーと、
   を含む、請求項１または２に記載のバッテリーラック。
7. 前記ストッパーは、前記予め定められた角度において前記ラックケースの外側面と接触するように、回転軸に近い前記排水ガイド板の辺縁領域から突出した突起状に設けられている、請求項６に記載のバッテリーラック。
8. 前記排水ガイドユニットは、
   上方向に回して、前記排水ガイド板が前記ラックケースの外側面に並ぶように固定されるように、前記排水ガイド板の回転軸の反対側の辺縁領域に配備された磁石をさらに含む、請求項６に記載のバッテリーラック。
9. 前記排水ガイドユニットは、
   前記ラックケースの前方の外側面に配備された第１の排水ガイドユニットと、
   前記ラックケースの後方の外側面に配備された第２の排水ガイドユニットと、
   を含む、請求項１または２に記載のバッテリーラック。
10. 前記ラックケースにおいて、前記収容部は、後方側の開放端の左右の幅が前方側の開放端の左右の幅よりもさらに狭くなるように設けられており、
    前記消火水供給配管は、前記ラックケースの後方の外側面を通過して各前記バッテリーモジュールに接続されている、請求項９に記載のバッテリーラック。
11. 前記第１の排水ガイドユニットは、各前記収容部の前方側の開放端を覆うサイズに設けられており、
    前記第２の排水ガイドユニットは、各前記収容部の後方側の開放端を覆うサイズに設けられている、請求項９に記載のバッテリーラック。
12. 前記バッテリーモジュールは、モジュールハウジングの前面に送風ファンを備え、前記モジュールハウジングの背面に空調孔を備え、前記収容部の後方側の開放端を介して前記空調孔が外部に露出されるように前記収容部に嵌入されている、請求項１０に記載のバッテリーラック。
13. 前記バッテリーモジュールを前記収容部に嵌入したとき、前記モジュールハウジングの背面は、前記空調孔の下側が前記ラックケースの後方の外側面により遮蔽されている、請求項１２に記載のバッテリーラック。
14. 請求項１または２に記載のバッテリーラックを含む、エネルギー貯蔵システム。