包括超吸水性片材的能量存储系统的制作方法

1.本公开涉及一种包括超吸水性片材的ess(能量存储系统)，并且更特别地，本公开涉及如下包括超吸水性片材的能量存储系统，该能量存储系统适合于当由于电池模块的加热而发生异常温度升高时仅用相对少量的冷却水进行有效冷却。
2.本技术要求2020年2月27日在韩国提交的韩国专利申请10
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2020
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0024461号的优先权，其公开内容通过引用并入本文。


背景技术：

3.在包括多个电池单体的能量存储系统中，如果在某些电池单体中发生诸如短路的异常情况，则电池单体的温度连续地升高。结果，如果电池单体的温度超过临界温度，则发生热失控现象。如果在某些电池单体中发生热失控现象，则可能出现安全性问题。
4.如果由于在某些电池单体中发生热失控现象而在包括电池单体的电池模块中产生火焰，则相邻电池模块的温度快速地升高，这可能在短时间内将热失控现象传播到整个能量存储系统。
5.结果，如果在某些电池单体中发生的热失控现象未被快速地应对，则由热失控引起的损坏可能扩展到电池模块(该电池模块是容量比电池单体大的电池单元)或者扩展到包括多个电池模块的子能量存储系统。如果由热失控引起的损坏的扩展未被适当地应对，则这可能导致灾难，诸如电池模块和子能量存储系统的着火和爆炸，这可能不仅引起财产损失，而且还引起安全性问题。
6.因此，当在电池模块的内部的某些电池单体中由于热失控而出现火焰时，重要的是阻挡火焰产生范围在子能量存储系统内部的扩展。另外，如果火焰已经在一个子能量存储系统的内部完全地扩展，则重要的是增加灭火和冷却的效率，使得火焰不会移动到与产生火焰的子能量存储系统相邻的子能量存储系统。


技术实现要素：

7.技术问题
8.本公开被设计为解决相关领域的问题，因此本公开涉及当火焰在一个子能量存储系统的内部完全地扩展时执行适当的灭火和冷却，使得火焰不会移动到与产生火焰的子能量存储系统相邻的子能量存储系统。
9.另外，本公开涉及当在一个子能量存储系统中所包括的某些电池模块中产生火焰时执行适当的灭火和冷却，使得火焰不会传播到相邻电池模块。
10.然而，本公开所要解决的技术目的不限于上文，并且根据以下公开，本领域技术人员将清楚地理解本文中未提及的其它目的。
11.技术方案
12.在本公开的一个方面，提供一种ess(能量存储系统)，其包括：子能量存储系统堆，该子能量存储系统堆包括多个子能量存储系统，每一个子能量存储系统具有多个电池模块
以及用于容纳所述多个电池模块的电池架；能量存储系统外罩，该能量存储系统外罩被构造成容纳所述多个子能量存储系统；传感器，该传感器被安设在所述能量存储系统外罩中，以感测所述能量存储系统外罩的内部的温度和烟雾中的至少一项；第一阻挡片材，该第一阻挡片材被置于彼此相邻的子能量存储系统之间；灭火装置，该灭火装置被构造成将灭火剂供应到所述能量存储系统外罩中；和冷却装置，该冷却装置被构造成将冷却水供应到所述第一阻挡片材。
13.所述第一阻挡片材可以是超吸水性片材。
14.所述第一阻挡片材可以包括每1g能够吸收并包含20g到200g的冷却水的超吸水性纤维。
15.所述电池模块可以包括：单体堆，该单体堆通过堆叠多个电池单体而形成；和模块外罩，该模块外罩被构造成容纳所述单体堆。
16.所述多个电池模块可以在所述电池架的内部上下地堆叠。
17.所述能量存储系统可以进一步包括至少一个第二阻挡片材，所述至少一个第二阻挡片材被置于在所述电池架的内部沿着上下方向彼此相邻的电池模块之间。
18.所述第二阻挡片材可以被置放成穿过所述电池架并且从所述子能量存储系统堆的堆叠方向上的一侧横穿到其另一侧。
19.所述第一阻挡片材可以具有第一联接狭缝，并且所述第二阻挡片材可以被插入所述第一联接狭缝中，并且被联接到所述第一阻挡片材。
20.所述第二阻挡片材可以具有第二联接狭缝，并且所述第一阻挡片材可以被插入所述第二联接狭缝中并且被联接到所述第二阻挡片材。
21.所述第二阻挡片材可以是超吸水性片材。
22.所述第二阻挡片材可以包括每1g能够吸收并包含20g到200g的冷却水的超吸水性纤维。
23.所述超吸水性纤维可以包括包含如下中的至少一种的超吸水性树脂：淀粉类材料、纤维素类材料和合成聚合物类材料。
24.所述能量存储系统可以进一步包括控制装置，该控制装置被构造成通过参考由所述传感器感测到的有关温度的信息和有关烟雾产生的信息中的至少一项来控制灭火装置和冷却装置的运行。
25.有利效果
26.根据本公开的实施例，当火焰在一个子能量存储系统的内部完全地扩展时，能够执行适当的灭火和冷却，使得火焰不会移动到与产生火焰的子能量存储系统相邻的子能量存储系统。
27.另外，根据本公开的实施例，当在一个子能量存储系统中所包括的某些电池模块中产生火焰时，能够执行适当的灭火和冷却，使得火焰不会传播到相邻电池模块。
附图说明
28.附图示出本公开的优选实施例，并且与前述公开内容一起用于提供本公开的技术特征的进一步理解，因此本公开不被理解为限于附图。
29.图1是示出根据本公开的实施例的能量存储系统的视图。
30.图2是示出在根据本公开实施例的能量存储系统处采用的子能量存储系统和第一阻挡片材的视图。
31.图3是示出根据本公开的电池模块的视图。
32.图4是示出用于根据本公开实施例的能量存储系统的灭火和冷却的自动化的控制逻辑的框图。
33.图5是示出根据本公开另一实施例的能量存储系统的视图。
34.图6是示出在根据本公开另一实施例的能量存储系统处采用的子能量存储系统、第一阻挡片材和第二阻挡片材的视图。
35.图7和图8是示出在根据本公开另一实施例的能量存储系统处采用的第一阻挡片材和第二阻挡片材的联接构造的视图。
具体实施方式
36.在下文中，将参考附图详细描述本公开的优选实施例。在描述之前，应当理解，在说明书和所附权利要求中使用的术语不应被解释为限于一般和字典的含义，而是基于允许发明人适当定义术语以获得最佳解释的原则，基于与本公开内容的技术方面对应的含义和概念来解释。因此，本文中所提出的描述只是仅仅为了示意目的的优选示例，而非旨在限制本公开的范围，所以应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，能够对其做出其它等同方案和修改。
37.将参考图1到图4描述根据本公开实施例的ess(能量存储系统)。
38.首先，参考图1和图2，根据本公开实施例的能量存储系统包括多个子能量存储系统100、能量存储系统外罩200、第一阻挡片材300、灭火装置400、冷却装置500和传感器600。
39.所述子能量存储系统100包括电池架110以及被容纳在所述电池架110中的多个电池模块120。所述电池架110具有敞开的前表面和后表面。所述多个子能量存储系统100在左右方向上被并排地布置，使得所述电池架110的侧表面彼此面对，由此形成一个子能量存储系统堆。
40.参考图2，多个电池模块120在所述电池架110的内部沿着上下方向堆叠，以形成一个模块堆。
41.参考图3，所述电池模块120包括多个电池单体121、汇流条框架122、模块外罩123、空气进口124和空气出口125。
42.所述电池单体121被设置成多个，并且多个电池单体121被堆叠成形成一个单体堆。作为示例，可以应用袋型电池单体作为电池单体121。所述电池单体121包括一对电极引线121a，所述一对电极引线121a被分别抽拉到纵向方向上的两侧。
43.所述汇流条框架122被成对地设置，并且一对汇流条框架122分别覆盖所述单体堆的宽度方向上的一侧和另一侧。所述电池单体121的电极引线121a通过形成在汇流条框架122处的狭缝被拉出，并且可以被弯曲，并且由汇流条框架122电连接。
44.所述模块外罩123具有大致长方体形状，并且在其中容纳单体堆。空气进口124和空气出口125被形成在模块外罩123的一个纵向侧和另一个纵向侧处。
45.所述空气进口124被形成在所述单体堆的堆叠方向上的一侧处，即，所述电池模块120的一个纵向侧处，并且被形成为穿过所述模块外罩123的孔的形式。所述空气出口125形
成在所述单体堆的堆叠方向上的另一侧处，即，所述电池模块120的另一个纵向侧处，并且被形成为穿过所述模块外罩123的孔的形式。
46.所述空气进口124和空气出口125沿着所述电池模块120的纵向方向以对角线的方式位于相反侧处。
47.同时，在所述汇流条框架122和模块外罩123之间形成中空空间。即，在所述模块外罩123的六个外表面中的、面对所述电池单体121的一个纵向侧的一个外表面与所述汇流条框架122之间形成一个中空空间，在所述模块外罩123的六个外表面中的、面对所述电池单体121的另一个纵向侧的一个外表面与所述汇流条框架122之间形成另一个中空空间，使得用于冷却电池单体121的空气可以流动通过该中空空间。所述两个中空空间被形成在电池模块120的宽度方向上的两侧处。
48.所述空气进口124被形成在如下位置处：所述位置对应于形成在电池模块120的宽度方向上的一侧处的中空空间，并且所述空气出口125被形成在如下位置处：所述位置对应于形成在电池模块120的宽度方向上的另一侧处的中空空间。
49.在所述电池模块120中，通过所述空气进口124引入电池模块120中的空气在从形成在所述电池模块120的宽度方向上的一侧处的中空空间移动到形成在所述电池模块120的宽度方向上的另一侧处的中空空间的同时对电池单体121进行冷却，然后通过所述空气出口125排出。即，所述电池模块120对应于被空气冷却的电池模块。
50.因为应用于本公开的电池模块120具有如上所述的空气冷却结构，所以火焰很可能从模块外罩123喷射出来。即，如果在所述电池模块120中所包括的某些电池单体121中发生异常，使得所述电池单体121内部的温度升高因此气体通过通风而泄漏出来，则可能产生火焰。所产生的火焰可能通过为了空气冷却而形成的所述空气进口124和空气出口125从模块外罩123喷射出来。
51.参考图1和图2，当如上所述地在某个电池模块120中发生异常温度升高并且因此产生火焰时，第一阻挡片材300防止火焰移动到与包括具有以上问题的电池模块120的子能量存储系统100相邻的子能量存储系统100。
52.为了执行以上功能，所述第一阻挡片材300被置于彼此相邻的子能量存储系统100之间。所述第一阻挡片材300是超吸水性片材。即，所述第一阻挡片材300包括超吸水性纤维，并且超吸水性纤维可以每1g吸收并包含约20g到200g的冷却水。所述超吸水性纤维可以包括例如包括如下中的至少一种的超吸水性树脂(或超吸水性聚合物)：淀粉类材料、纤维素类材料或合成聚合物类材料。超吸水性纤维是通过将超吸水性树脂纺成网形式而获得的。
53.如果从冷却装置500供应冷却水，则所述第一阻挡片材300可以快速地吸收冷却水，并且吸收冷却水的第一阻挡片材300可以防止在某个子能量存储系统100中发生的异常温度升高和/或火焰传播到相邻的子能量存储系统100。
54.所述第一阻挡片材300优选地具有与子能量存储系统100的侧表面对应的面积，从而最小化冷却水的使用量并且最大化冷却效果和火焰扩展阻挡效果。然而，所述第一阻挡片材300的纵向端可以暴露于子能量存储系统堆的顶部，从而快速地吸收从冷却装置500供应的冷却水。
55.参考图1，当能量存储系统外罩200的内部温度升高到参考值以上和/或感测到烟
雾时，灭火装置400将灭火剂喷射到能量存储系统外罩200中，由此预先防止火灾发生或者熄灭已经发生的火灾。作为灭火剂，例如，可以应用形式为气体的清洁灭火剂，诸如novec1230，并且也可以应用氮气和固体气溶胶。
56.所述灭火装置400包括：灭火剂罐410，该灭火剂罐410被安设在能量存储系统外罩200的外侧处，以存储灭火剂；和灭火剂喷射管420，该灭火剂喷射管420的一侧被连接到灭火剂罐410，另一侧穿过能量存储系统外罩200。
57.如果由于火灾而导致能量存储系统外罩200的内部温度升高到参考值以上和/或感测到烟雾，则冷却装置500将冷却水喷射到能量存储系统外罩200中，以预先防止发生火灾或者熄灭已经发生的火灾。
58.更具体地，冷却装置500将冷却水直接地喷射到第一阻挡片材300上。所述冷却装置500包括：冷却水供应管520，该冷却水供应管520被连接到存储冷却水的冷却水罐510；和多个冷却水喷射管530，所述多个冷却水喷射管530在所述冷却水供应管520的端部处分支，并且被置放在与每个第一阻挡片材300对应的位置处。
59.即使本公开的附图仅示出所述冷却水供应管520位于能量存储系统外罩200的外侧处并且所述冷却水喷射管530穿过能量存储系统外罩200的情况，本公开也不限于此。即，以下情况也是可能的：所述冷却水供应管520穿过能量存储系统外罩200，并且所述冷却水喷射管530在能量存储系统外罩200的内部从冷却水供应管520分支。
60.参考图1，传感器600被安设在所述能量存储系统外罩200的内部，以感测能量存储系统外罩的内部的温度和烟雾产生中的至少一项。即，传感器600对应于温度传感器和/或烟雾传感器。
61.虽然在附图中没有示出，但是由所述传感器600感测到的信息和/或根据感测到的信息的警报可以通过置放在模块外罩200外部的用户界面来显示。如果用户通过感测到的信息和/或警报判断出存在火灾的风险或者火灾已经发生，则用户可以运行灭火装置400和冷却装置500，以熄灭或者防止能量存储系统内部的火灾。
62.同时，参考图4，除了上述部件，根据本公开实施例的能量存储系统可以进一步包括控制装置700。所述控制装置700通过参考由传感器600感测的有关温度的信息和/或有关烟雾产生的信息来控制灭火装置400和冷却装置500的运行。
63.即，所述控制装置700是这样的元件：当满足了特定条件时，所述控制装置700通过允许灭火装置400和冷却装置500在无用户操控的情况下运行，从而被应用于实现自动化灭火和/或冷却。可以考虑到子能量存储系统100的数目、子能量存储系统100中所包括的电池模块120的数目、电池模块120中所包括的电池单体121的数目、电池单体121的容量等地确定用于运行所述灭火装置400和冷却装置500的参考温度。
64.接下来，将参考图5到图8描述根据本公开另一实施例的能量存储系统。
65.根据本公开另一实施例的能量存储系统与前一实施例的能量存储系统的不同之处仅在于另外应用了第二阻挡片材310，其它部件大致相同。相应地，在描述根据本公开另一实施例的能量存储系统时，将详细描述第二阻挡片材310，而将不再详细地描述已经在前一实施例中描述的其它部件。
66.参考图5和图6，第二阻挡片材310被置于电池架110内部的沿着上下方向彼此相邻的电池模块120之间。所述第二阻挡片材310被置放成穿过电池架110的侧表面并且从子能
量存储系统100的堆叠方向上的一侧横穿到其另一侧。
67.可以设置一个第二阻挡片材310或者多个第二阻挡片材310。如果仅设置一个第二阻挡片材310，则有效率的是将所述第二阻挡片材310置放在所述电池架110的沿着电池模块120的堆叠方向的中心处。所述第二阻挡片材310的材料与上述第一阻挡片材300相同。
68.参考图7，通过在每个第一阻挡片材300处形成第一联接狭缝300a并且将第二阻挡片材310插入第一联接狭缝300a中，从而所述第一阻挡片材300和第二阻挡片材310可以彼此联接。在此情况中，形成在所述第一阻挡片材300处的第一联接狭缝300a的位置和形状与形成在电池架110的侧表面处以用于第二阻挡片材310通过的狭缝(未示出)相对应。
69.参考图8，与图7所示不同，通过以与第一阻挡片材300相对应的数目在第二阻挡片材310处形成第二联接狭缝310a、并且将第一阻挡片材300插入第二联接狭缝310a中，从而第一阻挡片材300和第二阻挡片材310可以彼此联接。
70.因为第一阻挡片材300和第二阻挡片材310以此方式彼此连接，所以第一阻挡片材300可以吸收从第一阻挡片材300的顶部供应的冷却水，并且第二阻挡片材310可以再次吸收被吸收的冷却水的一部分，由此防止热失控现象沿着子能量存储系统堆的堆叠方向和电池模块120的堆叠方向扩展。
71.已经详细描述了本公开。然而，应该理解，详细描述和具体示例在指示本公开的优选实施例的同时仅以示意方式给出，因为根据该详细描述，对于本领域技术人员而言，在本公开的范围内的各种改变和修改将变得显而易见。