JP6999762B2

JP6999762B2 - バッテリ爆発の防止のためのカプセル型消火装置及びこれを備えるバッテリ

Info

Publication number: JP6999762B2
Application number: JP2020148116A
Authority: JP
Inventors: キム、ビュンユル
Original assignee: Firekim Co ltd
Current assignee: Firekim Co ltd
Priority date: 2019-09-03
Filing date: 2020-09-03
Publication date: 2022-01-19
Anticipated expiration: 2040-09-03
Also published as: US20210060369A1; JP2021037289A; CN112448071A; KR102295232B1; EP3789088A1; KR20210027786A

Description

本発明は、バッテリの爆発防止のためのカプセル型消火装置及びこれを備えるバッテリに関する。

最近、電気自動車、エネルギー貯蔵用蓄電池、ロボット、衛星などの開発が本格化するにつれ、反復的な充放電が可能な高性能二次電池に対する研究が活発に行われている。また、複数の二次電池を並列又は直列に接続し、容量及び出力が高められたバッテリパックに対する研究も活発に行われている。

一方、高性能及び高容量のバッテリパックの場合、過充電及び過電流による火災及び爆発の危険がある。バッテリパックには、火災と爆発の可能性を検知するために、温度センサ及び電流、電圧センサなどを使用しており、火災が検知されれば、消火のための消火器がバッテリパックと別に備えられている。しかし、バッテリパックとは別に消火器を備えている場合、その設置が複雑で、検知が難しい。また、バッテリが爆発して火災が発生すれば被害が大きくなることから、バッテリから火災及び爆発が発生する前の初期状態で、これを防止することのできる消火装置に対する必要性が高まっている。

ここで、バッテリに簡単に設置可能であり、火災又は熱によってバッテリが膨張するとき爆発を防止することのできる消火装置の必要性が求められている。

前述した背景技術として説明された内容は、発明者が本発明の導出過程で保持したり、習得したものであり、必ず本発明の出願前に一般公衆に公開された公知技術であると認められたものとは言えない。

実施形態の目的は、バッテリ爆発の防止のためのカプセル型消火装置及びこれを備えるバッテリを提供することにある。

実施形態で解決しようとする課題は、以上で言及した課題に制限されず、言及されない更なる課題は、下記の記載によって当業者にとって明らかに理解されるものである。

実施形態に係るカプセル型消火装置について説明する。

バッテリ爆発の防止のためのカプセル型消火装置は、内部に外部熱によって膨張及び爆発して外部に放出されることにより、火災を消火させる消火物質が備えられる消火カプセルと、前記消火カプセルをバッテリに固定させる固定部材と、前記消火カプセルの一側面に備えられ、前記消火カプセル及び前記バッテリのうち少なくとも一方を破壊させる強制排気部とを含んで構成される。一実施態様において、前記強制排気部は、前記消火カプセルと前記バッテリとの間に備えられるよう前記固定部材に備えられてよい。

一側面によると、前記強制排気部は、電気信号又は熱によって形状が変形されるバイメタル金属や形状記憶合金及びプラスチック素材のいずれか１つ以上の材質から形成されることができる。

一側面によると、前記強制排気部は、電気信号又は熱によって形状が変形されるバイメタル金属や形状記憶合金及びプラスチック素材のいずれか１つ以上の材質から形成される支持フレームと、前記支持フレームに突出形成される突出部とを含み、前記支持フレームが電気信号又は熱によって形状が変形されることにより、前記消火カプセル及び前記バッテリのうち少なくとも一方に向かって加圧することができる。前記強制排気部は、前記支持フレームを弾性支持する弾性支持部がさらに備えられることができる。前記強制排気部は、前記消火カプセルの内部又は前記消火カプセルの外側に備えられることができる。また、前記強制排気部は、前記消火カプセルと前記バッテリとの間に備えられることができる。また、前記強制排気部は、前記消火カプセル及び前記バッテリ両方を破壊させるように前記突出部が両方向に備えられることができる。また、前記強制排気部は、前記消火カプセルと前記バッテリとの間に備えられるよう前記固定部材に挿入されることができる。

一側面によると、前記固定部材は、金属又はポリマーを含み、不燃及び難燃性材質から形成されることができる。

他の実施形態によると、カプセル型消火装置を備えるバッテリは、複数の単位セルと、電気各単位セルに備えられるカプセル型消火装置とを含み、前記カプセル型消火装置は、内部に外部熱によって膨張及び爆発して外部に放出されることにより、火災を消火させる消火物質が備えられる複数の消火カプセルと、前記各消火カプセルのいずれか一側面に備えられ、前記各消火カプセル及び前記単位セルのうち少なくとも一方を破壊させる強制排気部とを含んで構成される。

一側面によると、前記各消火カプセルに接続される供給配管をさらに含み、前記供給配管にも前記強制排気部が備えられることができる。

一側面によると、前記強制排気部は、電気信号又は熱によって形状が変形されるバイメタル金属や形状記憶合金及びプラスチック素材のいずれか１つ以上の材質から形成されることができる。前記強制排気部は、電気信号又は熱によって形状が変形されるバイメタル金属や形状記憶合金及びプラスチック素材のいずれか１つ以上の材質から形成される支持フレームと、前記支持フレームに突出形成される突出部とを含むことができる。

一側面によると、前記強制排気部は、前記各消火カプセルの内部又は前記消火カプセルと前記単位セルとの間に備えられることができる。前記カプセル型消火装置は、前記各消火カプセルを各単位セルに固定させる固定部材をさらに含み、前記固定部材は、金属又はポリマーを含み、不燃及び難燃性材質から形成されることができる。また、前記強制排気部は、前記消火カプセルと前記単位セルとの間に備えられるよう前記固定部材に挿入されることができる。

以上で説明したように、実施形態によれば、カプセル型消火装置は、バッテリに備えられ、消火カプセル及びバッテリのうち少なくとも一方を破損させることによってバッテリの爆発を防止することができる。

カプセル型消火装置は、消火物質を収容するカプセル形態の消火カプセルから構成されているため、サイズが小さく、構造が単純で、使用及び設置環境に応じてその形態とサイズを自由に変更することができる。

また、設定された温度以上に消火物質の気化によって消火カプセルが自動に破壊されるだけでなく、所定の電気信号又は熱によって消火カプセルとバッテリを強制的に破壊することができるため、バッテリの爆発を効率よく防止することができる。

一実施形態に係るバッテリ爆発の防止のためのカプセル型消火装置及びこれを備えるバッテリの効果は、上記などにより限定されず、言及されない他の効果は下記の記載によって当業者に明らかに理解できるものである。

一実施形態に係るカプセル型消火装置が取り付けられたバッテリの正面図である。一実施形態に係るカプセル型消火装置の断面図である。一実施形態に係るカプセル型消火装置の断面図である。一実施形態に係るカプセル型消火装置の断面図である。一実施形態に係るカプセル型消火装置の断面図である。一実施形態に係るカプセル型消火装置で強制排気部の模式図である。一実施形態に係るカプセル型消火装置の動作を説明するための模式図である。一実施形態に係るカプセル型消火装置が適用されたバッテリの異なる例を説明する模式図である。

本明細書に添付されている図面は、本発明の好ましい一実施形態を例示するものであって、発明の詳細な説明と共に本発明の技術的な思想をより理解させる役割を果たすため、本発明は、そのような図面に記載された事項にだけ限定されて解釈されることはない。

以下、実施形態を例示的な図を参照して詳説する。各図面の構成要素に参照符号を付加することにおいて、同じ構成要素については、たとえ他の図面上に表示されていても、可能な限り同じ符号を有するようにしたことに留意しなければならない。また、実施形態の説明にあたり、関連する公知構成又は機能の具体的な説明が実施形態についての理解を妨げると判断される場合には、その詳細な説明は省略する。

また、実施形態の構成要素の説明において、第１，第２，Ａ，Ｂ，（ａ），（ｂ）などの用語を使用することがある。このような用語は、その構成要素を他の構成要素と区別するためのものにすぎず、その用語によって該当の構成要素の本質や順番又は順序などが限定されない。いずれかの構成要素が他の構成要素に「連結」、「結合」又は「接続」されていると言及されたときには、他の構成要素に直接的に「連結」、「結合」又は「接続」されているが、中間に他の構成要素が存在し得るものと理解されなければならない。

いずれか一つの実施形態に含まれている構成要素と、共通の機能を含む構成要素は、他の実施形態で同じ名称を用いて説明することにする。反対となる記載がない以上、いずれか一つの実施形態に記載した説明は、他の実施形態にも適用され、重複する範囲において具体的な説明は省略することにする。

以下、図１～図４を参照して、実施形態に係るカプセル型消火装置１０について説明する。

参考として、図１は、一実施形態に係るカプセル型消火装置１０が取り付けられたバッテリ１の正面図であり、図２Ａ～図２Ｄは、一実施形態に係るカプセル型消火装置１０の断面図であり、図３は、一実施形態に係るカプセル型消火装置１０で強制排気部１２の模式図である。そして、図４は、一実施形態に係るカプセル型消火装置１０の動作を説明するための模式図である。

図面を参照すると、カプセル型消火装置１０は、消火物質１１０が収容される消火カプセル１１と、消火カプセル１１をバッテリ１に固定させる固定部材１３と、消火カプセル１１及びバッテリ１を破壊する強制排気部１２を含んで構成される。

消火物質１１０は、所定の温度以上に加熱されれば、気化して火災を消火させることができる物質である。消火物質１１０は、液相、粉末などの状態であり得る。

消火カプセル１１は、所定の温度以上に消火物質１１０が気化しながら膨張すれば、破裂して消火物質１１０を外部に排出させるように形成されている。但し、消火カプセル１１の形状は図により限定されることはない。消火カプセル１１の形状は、使用環境及び設置環境に応じて、その形態とサイズを自由に変更することができる。

固定部材１３は、消火カプセル１１をバッテリ１に取り付けることができるように形成されている。例えば、固定部材１３は、金属又はポリマー材質から形成され、不燃性又は難燃性材質から形成されてもよい。また、固定部材１３は、消火カプセル１１で固定しようとする面に対応する形状を有し、帯の形状を有してもよい。但し、固定部材１３の形状が図によって限定されることはない。

強制排気部１２は、消火カプセル１１の一側面に備えられ消火カプセル１１及びバッテリ１のうち少なくとも一方を破壊させる。ここで、強制排気部１２は、消火カプセル１１を破壊したり、バッテリ１を破壊したり、消火カプセル１１とバッテリ１の両方を破壊するように備えられてもよい。そのため、強制排気部１２は、消火カプセル１１の内部又は消火カプセル１１の外側、又は、消火カプセル１１とバッテリ１との間に備えられることができる。

例えば、図２Ａに示すように、強制排気部１２は、消火カプセル１１の内部に備えられる。ここで、強制排気部１２は、消火カプセル１１の内部に備えられているが、消火カプセル１１を破壊させることができるように、消火カプセル１１の壁１１０に近い位置に備えられてもよい。即ち、図面においては、強制排気部１２が消火カプセル１１の背面側１１１ｂに近い位置に配置されているものと例示しているが、表面側１１１ａに近い位置又は側面に近い位置に配置してもよい。

又は、図２Ｂに示すように、強制排気部１２は、消火カプセル１１の背面側１１１ｂ（即ち、バッテリ１に取り付けられる側の面）に備えられてもよい。また、強制排気部１２は、消火カプセル１１の壁１１１の外側に備えられたり、壁１１１を貫通又は壁１１１の内部に少なくとも一部が挿入されるよう備えられてもよい。

又は、図２Ｃに示すように、強制排気部１２は、消火カプセル１１の表面側１１１ａ（即ち、消火カプセル１１から背面側１１１ｂと反対側の面）に備えられてもよい。同様に、強制排気部１２は、消火カプセル１１の表面側１１１ａの壁１１１の外側に備えられたり、壁１１１を貫通又は壁１１１の内部に少なくとも一部が挿入されるように備えられてもよい。

又は、図２Ｄに示すように、強制排気部１２は、固定部材１３に備えられてもよい。固定部材１３において、消火カプセル１１とバッテリ１との間の位置に溝１３ａが形成され、前記溝１３ａに強制排気部１２が備えられることで、消火カプセル１１及びバッテリ１のうち少なくとも一方を破壊させることができる。

強制排気部１２は、消火カプセル１１又はバッテリ１を破壊させることができるように突出部１２１を形成し、突出部１２１を消火カプセル１１又はバッテリ１に対して任意に加圧する支持フレーム１２２を含んで構成されている。

強制排気部１２は、少なくとも支持フレーム１２２が電気信号又は熱によって形状が変形されるバイメタル金属や形状記憶合金及びプラスチック素材のいずれか１つ以上の材質から形成される。即ち、強制排気部１２は、電気信号又は熱によって支持フレーム１２２が変形することで、突出部１２１を消火カプセル１１とバッテリ１に対して加圧することで、消火カプセル１１及びバッテリ１のうち少なくとも一方を破壊させることになる。

例えば、図４に示すように、強制排気部１２は、消火カプセル１１とバッテリ１との間に備えられ、消火カプセル１１及びバッテリ１の両方を破壊するように、突出部１２１が両方向に備えられてもよい。この場合、バッテリ１が熱によって膨張したとき、強制排気部１２がバッテリ１に対して衝撃を加えることで、バッテリ１の膨張を抑制し、爆発を防止することができる。それと共に、消火カプセル１１に対しても衝撃を加えることで、消火カプセル１１を破壊し、消火物質１１０を排出させることで、火災発生を防止及び消火することができる。

ここで、強制排気部１２は、消火カプセル１１に対して破壊させるように突出部１２１が形成されたり、バッテリ１に対して破壊させるように突出部１２１が形成されてもよい。

強制排気部１２は、支持フレーム１２２に対して弾性力を加えるように弾性支持部１２３が備えられてもよい。

一方、上述した実施形態では、１つのセルからなるバッテリ１に適用されるものと例示しているが、カプセル型消火装置１０は、複数の単位セル１ａを含むバッテリ１に適用されてもよい。

図５を参照すると、バッテリ１は複数の単位セル１ａを含み、複数の単位セル１ａを収容するハウジング１００を含んで構成される。ここで、バッテリ１は、単位セル１ａを除いた構成要素については省略して簡略化して図示する。

各単位セル１ａには、カプセル型消火装置１０が備えられる。

ここで、各カプセル型消火装置１０は独立的に備えられたり、消火物質１１０を供給する供給配管１０２によって接続されてもよい。また、バッテリ１は、供給配管１０２に消火物質１１０を供給する供給タンク１０１も備えてもよい。

カプセル型消火装置１０は、各単位セル１ａ及び供給配管１０２にも備えられてもよい。

各単位セル１ａに備えられるカプセル型消火装置１０の位置及び動作については、上述した図１～図４を参照して説明した実施形態と同一に作動し得る。即ち、カプセル型消火装置１０は、各消火カプセル１１の一側面に備えられ、消火カプセル１１及び各単位セル１ａのうち少なくとも一方を破壊させる。従って、カプセル型消火装置１０に対する説明については省略する。
一方、本実施形態では、供給配管１０２にも強制排気部１２が備えられる。供給配管１０２に備えられる強制排気部１２は、各単位セル１ａに備えられる強制排気部１２と同一に構成することができる。

即ち、強制排気部１２は、電気信号又は熱によって形状が変形されるバイメタル金属や形状記憶合金及びプラスチック素材のいずれか１つ以上の材質から形成される支持フレーム１２２と、前記支持フレーム１２２から突出形成される突出部１２１を含んで形成される。そして、強制排気部１２は、電気信号又は熱によって形状が変形され、供給配管１０２を破壊する。

本実施形態によれば、単位セル１ａが所定の温度以上に加熱して膨張すれば、強制排気部１２が単位セル１ａ及び前記単位セル１ａに備えられた消火カプセル１１に衝撃を加え、単位セル１ａ及び消火カプセル１１のうち少なくともいずれか一方を破壊し、単位セル１ａの膨張を抑制して爆発を防止したり、消火カプセル１１から放出される消火物質１１０により火災発生を防止及び消火させることができる。又は、所定の電気信号を印加し、単位セル１ａに備えられている強制排気部１２を作動させてもよい。

また、単位セル１ａが所定の温度以上に加熱されれば、単位セル１ａの周辺の供給配管１０２も所定の温度以上に加熱されることで、供給配管１０２に備えられている強制排気部１２が作動して供給配管１０２を破壊し、消火物質が排出されることができる。

又は、単位セル１ａが所定の温度以上に加熱したとき、所定の電気信号を発生させることで、単位セル１ａに備えられた強制排気部１２と供給配管１０２に備えられた強制排気部１２を同時に作動させることができる。

実施形態によれば、カプセル型消火装置１０は、一定の温度以上に膨張する消火物質１１０を収容している消火カプセル１１から構成されているため、サイズが小さく、構造が単純で、使用及び設置環境に応じてその形態とサイズを自由に変更することができる。また、消火物質１１０による消火カプセル１１の破壊だけでなく、強制排気部１２が所定の電気信号又は熱によって消火カプセル１１とバッテリ１を強制的に破壊することができるため、バッテリの爆発を効率よく防止することができる。

上述したように、たとえ限定された実施形態と図面によって説明されたが、当技術分野で通常の知識を有する者であれば、前記の記載から様々な修正及び変形が可能である。例えば、説明された技術が説明された方法と異なる順に実行されたり、及び／又は説明された構成要素が説明された方法と異なる形態に結合又は組み合せわせられたり、他の構成要素又は均等物によって代替、置換されても適切な結果が達成されることができる。

したがって、本発明の思想は、説明された実施形態に限って定められることなく、後述する請求範囲のみならず、この請求範囲と均等であるか等価的な変形のある全てのものは、本発明の思想の範疇に属するものと言える。

１：バッテリ、
１ａ：単位セル、
１００：バッテリハウジング、
１０１：消火物質の供給タンク、
１０２：消火物質の供給配管、
１０：カプセル型消火装置、
１１：消火カプセル、
１１０：消火物質、
１１１：消火カプセルの壁、
１１１ａ：表面側、
１１１ｂ：背面側、
１２：強制排気部、
１２１：突出部、
１２２：支持フレーム、
１２３：弾性支持部、
１３：固定部材、
１３ａ：溝。

Claims

内部に外部熱によって膨張及び爆発して外部に放出されることにより、火災を消火させる消火物質が備えられる消火カプセルと、
前記消火カプセルをバッテリに固定させる固定部材と、
前記消火カプセルと前記バッテリとの間に備えられるよう前記固定部材に備えられ、前記消火カプセル及び前記バッテリのうち少なくとも一方を破壊させる強制排気部と、
を含む、バッテリ爆発の防止のためのカプセル型消火装置。
前記強制排気部は、電気信号又は熱によって形状が変形されるバイメタル金属や形状記憶合金及びプラスチック素材のいずれか１つ以上の材質から形成される、請求項１に記載のバッテリ爆発の防止のためのカプセル型消火装置。
前記強制排気部は、
電気信号又は熱によって形状が変形されるバイメタル金属や形状記憶合金及びプラスチック素材のいずれか１つ以上の材質から形成される支持フレームと、
前記支持フレームに突出形成される突出部と、
を含み、
前記支持フレームが電気信号又は熱によって形状が変形されることにより、前記消火カプセル及び前記バッテリのうち少なくとも一方に向かって加圧する、請求項２に記載のバッテリ爆発の防止のためのカプセル型消火装置。
前記強制排気部は、前記支持フレームを弾性支持する弾性支持部がさらに備えられる、請求項３に記載のバッテリ爆発の防止のためのカプセル型消火装置。
前記強制排気部は、前記消火カプセルの内部又は前記消火カプセルの外側に備えられる、請求項３に記載のバッテリ爆発の防止のためのカプセル型消火装置。
前記強制排気部は、前記消火カプセルと前記バッテリとの間に備えられる、請求項３に記載のバッテリ爆発の防止のためのカプセル型消火装置。
前記強制排気部は、前記消火カプセル及び前記バッテリ両方を破壊させるように前記突出部が両方向に備えられる、請求項６に記載のバッテリ爆発の防止のためのカプセル型消火装置。
前記固定部材は、金属又はポリマーを含み、不燃及び難燃性材質から形成される、請求項１に記載のバッテリ爆発の防止のためのカプセル型消火装置。
複数の単位セルと、
電気各単位セルに備えられるカプセル型消火装置と、
を含み、
前記カプセル型消火装置は、
内部に外部熱によって膨張及び爆発して外部に放出されることにより、火災を消火させる消火物質が備えられる複数の消火カプセルと、
前記各消火カプセルを各単位セルに固定させる固定部材と、
前記各消火カプセルと前記各単位セルとの間に備えられるよう前記固定部材に挿入され、前記各消火カプセル及び前記単位セルのうち少なくとも一方を破壊させる強制排気部と、
を含むカプセル型消火装置を備えるバッテリ。
前記各消火カプセルに接続される供給配管をさらに含み、
前記供給配管にも前記強制排気部が備えられる、請求項９に記載のカプセル型消火装置を備えるバッテリ。
前記強制排気部は、電気信号又は熱によって形状が変形されるバイメタル金属や形状記憶合金及びプラスチック素材のいずれか１つ以上の材質から形成される、請求項９に記載のカプセル型消火装置を備えるバッテリ。
前記強制排気部は、
電気信号又は熱によって形状が変形されるバイメタル金属や形状記憶合金及びプラスチック素材のいずれか１つ以上の材質から形成される支持フレームと、
前記支持フレームに突出形成される突出部と、
を含む、請求項１１に記載のカプセル型消火装置を備えるバッテリ。
前記強制排気部は、前記各消火カプセルの内部又は前記消火カプセルと前記単位セルとの間に備えられる、請求項１１に記載のカプセル型消火装置を備えるバッテリ。
前記固定部材は、金属又はポリマーを含み、不燃及び難燃性材質から形成される、請求項１１に記載のカプセル型消火装置を備えるバッテリ。