JP7442918B2 - ミー散乱を用いたガス発生感知装置を含むバッテリーパック及びこれを用いたガス検出方法 - Google Patents

ミー散乱を用いたガス発生感知装置を含むバッテリーパック及びこれを用いたガス検出方法 Download PDF

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Description

本出願は２０１９年１０月１０日付の韓国特許出願第２０１９－０１２５１０１号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容はこの明細書の一部として含まれる。
本発明はミー散乱を用いたガス発生感知装置を含むバッテリーパック及びこれを用いたガス検出方法に関し、より詳しくは一つ以上の単位セルを含むバッテリーモジュールと、一つ以上の前記バッテリーモジュールを収納するラックハウジングと、上部が開放した形態の内部空間を有し、前記内部空間に前記バッテリーモジュールを収容する下部ハウジングと、前記下部ハウジングの上部開放部と結合され、内部空間を備えて前記バッテリーモジュールを収容する上部ハウジングと、前記ラックハウジングの一面に設けられ、ミー散乱（Ｍｉｅ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）を用いてガスを感知するレーザーユニットとを含むことを特徴とするバッテリーパックに関する。
携帯電話、ノートブック型ＰＣ、カムコーダー、デジタルカメラなどのモバイル機器に対する技術開発及び需要が増加するのに伴い、充放電の可能な二次電池に関する技術が活発に開発されている。また、二次電池は大気汚染物質を発生させる化石燃料の代替エネルギー源であり、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド電気自動車（Ｐ－ＨＥＶ）などに適用されているので、二次電池に対する開発の必要性が段々高くなっている状況である。
電池に対する需要が高くなり、高容量電池の必要性のため、電池自体の容量を増やそうとする多様な試みがある。１個の電池セル自体の容量を増加させて使用する場合もあるが、多数の電池セルを電気的に連結して単一のバッテリーとして使用する形態が一般的である。多数の電池セルを互いに直列型または並列型に電気的に連結したバッテリーモジュールを形成し、電池ケースに多数の前記バッテリーモジュールを収納してバッテリーパックの形態として使用する形態が一般的に好まれる。
しかし、高容量の電池や前記のようなバッテリーパックの場合、単一の電池セルに比べてバッテリー内の熱を冷却しにくく、熱暴走、火災、爆発のおそれがもっと大きい。このような危険を予防するために、大容量バッテリーパックなどの高容量エネルギーを使う電池では危険を予め知らせるか予防するシステムを備えている場合が多い。
これに関連して、図１のように電池内のガス自体を感知するシステムを備えることができる。図１は従来に適用されたガス感知器に対する模式図である。ガス感知器は、一般的に熱感知器、煙感知器、熱煙複合型感知器、花火感知器などに分類することができる。熱感知器は周囲温度が一定上昇率以上になる場合に作動するものであり、電池作動温度以上の高温になったときに作動するから、既に熱暴走が相当に進行するか発火が始まった状況のみを感知して知らせるようになるので、安全性の向上に足りない側面がある。また、煙感知器の場合、感知器の内部に煙が入らなければならないので、電池セルからガスが噴出しガスが感知されるまで時間がかかる。このような時間差のため、ガスを感知したとき、一つのセルから隣接セルに既に熱が伝達されて熱暴走が発生したか既に発火が進行した状況であることができる。
このような問題点を解決するために、特許文献１では、バッテリー内にインプット光を収容してアウトプット光を提供する光ファイバセンサーを備えて光学的方法を使っているが、バッテリー内に遊離または溶解したガスの量を基準にガス発生を判断している。したがって、前記システムは遊離または溶解したガスによって誤差が発生することができ、光ファイバセンサーを用いてこれを測定するまで一定時間がかかる欠点がある。
したがって、電池内の安全性を向上させるために、電池の危険を短時間に正確に知らせることができる電池の安全性向上システムが必要である。
特許第６４１４５０１号公報
前記のような問題点を解決するために、本発明は、ガスの発生有無を光で直接早く探知するガス発生感知装置を含むバッテリーパック及びこれを用いたバッテリーパックのガス検出方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、ガス発生の誤感知を防止するためのシステムを提供して早くて正確にバッテリーパックの異常状態を感知して知らせることができるようにすることを目的とする。さらに、これによる火災や爆発を防止することができるバッテリーパックを提供することを目的とする。
前記のような問題点を解決するための本発明によるバッテリーパックは、一つ以上の単位セルを含むバッテリーモジュールと、一つ以上の前記バッテリーモジュールを収納するラックハウジングと、上部が開放した形態の内部空間を備え、前記内部空間に前記バッテリーモジュールを収容する下部ハウジングと、前記下部ハウジングの上部開放部に結合され、内部空間を備えて前記バッテリーモジュールを収容する上部ハウジングと、前記ラックハウジングの一面に位置し、ミー散乱（Ｍｉｅ ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）を用いてガスを感知するレーザーユニットとを含むことを特徴とする。
図２は本発明のミー散乱に対する概念図である。ミー散乱は光の波長と粒子のサイズが同一であるかまたは光の波長が粒子のサイズより大きい場合、光が粒子にぶつかって図２のように散乱する現象である。図２に示すように、レーザー照射部２００からレーザー受光部３００に送られた光（図面に矢印で表示）はガス粒子とぶつかって分散される。このような現象により、レーザー受光部３００で受信した光は既存のレーザー照射部２００から送った光に比べて密度が低くなる。また、光がガス粒子とぶつかって散乱するので、ミー散乱は波長の長さとは関係なく、粒子の濃度やサイズによって散乱度に差が発生する。
このために、前記レーザーユニットは、バッテリーパックの複数のバッテリーを収納するラックハウジングの一面に形成され、レーザー光を照射するレーザー照射部２００と、前記レーザー照射部２００から照射したレーザー光を受信し、前記レーザー照射部２００と対面するラックハウジングの他面に形成されたレーザー受光部３００と、前記レーザー受光部３００から受信した前記レーザー光の強度を参照値と比較してガス発生を判断する制御部４００とを含むことができる。
前記レーザー照射部２００及びレーザー受光部３００によって光を用いてガスを直接検出し、受信された光の強度を比較することにより、ガスの発生を判断することができるので、以前のガス検出方法より時間が縮まり、ガス発生を確かに認知することができるという利点がある。
ここで、前記レーザーユニットは単位セル積層面に沿ってレーザー光を照射することができる。前記レーザーユニットは、各単位セルで発生したガスを感知することができるように光を照射することができる。また、前記レーザーユニットは、多くの単位セルで発生したガスを検出することができるように配置することができる。
前記レーザーユニットは二つ以上のユニットであることができる。
例えば、バッテリーモジュールが一列に配列されている形態のバッテリーパックの場合、ラックハウジングの一面に一つのレーザーユニットを含むことができる。また、ラックハウジングの一面に一つのレーザーユニットを含み、他面に他のレーザーユニットを含むことができる。もしくは、バッテリーモジュールが２列以上に配列されているバッテリーパックの場合、バッテリーモジュールの各列の間にレーザーユニットを配置することもでき、バッテリーモジュールの両面にレーザーユニットを配置することもできる。
前記のように、レーザーユニットが二つ以上の場合、前記レーザーユニットの位置は対称形であることもでき、鏡面対称形であることもできる。
レーザーユニットの位置が対称形という意味は、レーザーユニットの間でレーザー照射部とレーザー受光部の位置が同一であること、すなわちラックハウジングの一面に位置する前記レーザー照射部２００及び前記レーザー受光部３００が前記ラックハウジングの他面に位置する各レーザー照射部２００及びレーザー受光部３００にそれぞれ対応するように平行に向き合って位置することを意味する。また、鏡面対称の意味はレーザー照射部とレーザー受光部の位置が異なること、すなわちラックハウジングの一面に位置する前記レーザー照射部２００とラックハウジングの他面に位置する前記レーザー受光部３００とが対応するように平行に位置することを意味する。
また、多数のレーザーユニットを持っている場合、レーザーユニットは、レーザー照射部２００、レーザー受光部３００、及び制御部４００をそれぞれ含む形態であることもできる。また、レーザーユニットはレーザー照射部２００及びレーザー受光部３００をそれぞれ持っており、多数のレーザー受光部３００で受信した情報を処理する一つの制御部４００を持っている形態であることができる。
前記レーザー照射部２００は、前記バッテリーパックで発生するガス粒子のサイズと波長が同じかそれより小さいレーザー光を照射することができる。すなわち、レーザー照射部２００から照射されるレーザー光は前記バッテリーパックで発生するガス粒子のサイズと同じか前記ガス粒子のサイズより小さい波長で照射されることができる。本発明で使用するガス粒子は燃焼ガスを前駆体によって形成したガス粒子を意味する。
ここで、前記ガス粒子の直径は０．１μｍ～１０μｍであることができる。
また、前記ガス粒子は、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、メタン、エチレン、エタン、プロピレンのような燃焼ガスを基準にレーザー光を照射することができる。前記のような燃焼ガスの少なくとも一つを基準にレーザー光のサイズを決定することができる。また、多数のレーザーユニットを持っている場合、各レーザー光の波長は互いに同じか異なることもできる。
また、前記レーザーユニットは、アラーム部をさらに含むことができる。
前記アラーム部は、前記制御部で発生した信号を受信し、これを使用者に知らせる役割を果たすことができる。前記アラーム部は、音響、ディスプレイなどの多様な形態として使用者にこれを知らせることができる。また、前記アラーム部は、前記制御部とともにバッテリー管理システム（ＢＭＳ）の一部を構成することもできる。
前記レーザーユニットはバッテリーパックの機能を停止させるバッテリー管理システムと連結されることができる。バッテリー自体にある安全装置の作動によってバッテリーの機能を停止させることができる。もしくは、バッテリーの外部でバッテリーの機能を停止させるようにすることができる。また、前記レーザーユニットは、バッテリーパックの発火または爆発を防止するための措置を取るようにすることができる。
また、本発明は、１）レーザー受光部で受信したレーザー光の散乱比を予め設定した散乱比と比較する段階、２）前記段階１）で前記受信したレーザー光の散乱比が予め設定した散乱比より同じかそれより大きい場合、信号を発生させる段階、及び３）前記制御部から伝達された信号によってアラーム部からアラームを提供する段階を含むバッテリーパックのガス検出方法であることができる。
前記段階１）のレーザー光の散乱比は、受信されたレーザー光の強度を参照値に設定された初期レーザー光の強度で割った値であることができる。また、前記段階１）の予め設定した散乱比は各バッテリーパックで検出されるガスによる光損失値であることができる。前記光損失値は２％～５％であることができる。前記光損失値は、一般的な８個の単位セルから構成された７個のバッテリーモジュールを収納しているバッテリーパックを基準にしている。前記光損失値は単位セルの発火の際に発生し得る燃焼ガスの種類及び量によって変わることができる。また、前記光損失値はバッテリーパックの積層面の長さ、すなわちレーザー光の移動距離によって変わることができる。これはバッテリーパックの種類及び単位セルの種類によって異なるように設定することができる。
また、前記制御部は、前記段階２）と段階３）との間に、ａ）前記段階２）で信号が発生する場合、以前の時間値に測定時間値を足す段階をさらに付け加えることができる。
また、前記段階ａ）と段階３）との間に、ｂ）前記段階ａ）で得られた値を予め設定した時間と比較する段階、及びｃ）前記ｂ）段階で得られた値が予め設定した時間より大きいか同じ場合、信号を発生させる段階をさらに含むことができる。
これは、測定時間によってバッテリーパック内の条件が変化することができ、前記レーザー受光部で得られた値に一時的な誤差が発生する場合を防止するためのものである。前記のように、レーザー光の強度を測定する時間を測定し、基準値を時間によって異なるように設定することができる。また、段階ｂ）及び段階ｃ）のように測定された光の散乱比が一定時間維持される場合にだけガスが発生したと判断し、これをアラーム部に伝達することもできる。また、バッテリーパックの機能を停止させるようにすることができる。
前記予め設定した時間は４０秒～６０秒であることができる。前記予め設定した時間は一つの単位セルとそれに隣接した単位セルとの間の熱暴走伝達時間を基準に設定された。したがって、積層された単位セルの種類及びその積層された単位セルの数によって変わることができる。
また、本発明は前記記載によるバッテリーパックのガス検出方法を使う電子機器であることができる。
本発明は前記のような構成のうち相反しない構成を一つまたは二つ以上を選択して組み合わせることができる。
従来に適用されたガス感知器に対する模式図である。 本発明のミー散乱に対する概念図である。 本発明の第１実施例によるバッテリーパックの平断面図である。 本発明の第２実施例によるバッテリーパックの平断面図である。 本発明の第１実施例によるレーザーユニットの配置図である。 本発明の第３実施例によるレーザーユニットの配置図である。 本発明によるバッテリーパックのガス検出方法のフローチャートである。 本発明の発火試験を時間によって並べた写真である。 本発明の発火実験結果に対するグラフである。
本出願で、“含む”、“有する”または“備える”などの用語は明細書上に記載された特徴、数字、段階、構成要素、部分品またはこれらの組合せが存在することを指定しようとするものであり、一つまたはそれ以上の他の特徴、数字、段階、動作、構成要素、部分品またはこれらの組合せなどの存在または付加の可能性を予め排除しないものと理解されなければならない。
また、図面全般にわたって類似の機能及び作用をする部分に対しては同じ図面符号を使う。明細書全般で、ある部分が他の部分と連結されていると言うとき、これは直接的に連結されている場合だけでなく、その間にさらに他の素子を挟んで間接的に連結されている場合も含む。また、ある構成要素を含むというとは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
以下、添付図面に基づいて本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が本発明を容易に実施することができる実施例を詳細に説明する。ただ、本発明の好適な実施例の動作原理を詳細に説明するにあたり、関連した公知の機能又は構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不必要にあいまいにする可能性があると判断される場合にはその詳細な説明を省略する。
また、図面全般にわたって類似の機能及び作用をする部分に対しては同じ図面符号を使う。明細書全般で、ある部分が他の部分と連結されていると言うとき、これは直接的に連結されている場合だけではなく、その中間に他の素子を挟んで間接的に連結されている場合も含む。また、ある構成要素を含むというのは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くものではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
以下、本発明によるミー散乱を用いたガス発生感知装置を含むバッテリーパック及びバッテリーパックのガス検出方法について添付図面を参照して説明する。
図３は本発明の第１実施例によるバッテリーパックの平断面図、図４は本発明の第２実施例によるバッテリーパックの平断面図である。
図３を参照しながら説明すると、本発明の第１実施例によるバッテリーパック１００は、一つ以上の単位セルを含む多数のバッテリーモジュールをバッテリーパックケースに収納しており、前記バッテリーパックケースのラックハウジングの一面にレーザー照射部２００が設けられ、その反対面にレーザー受光部３００が設けられ、レーザーユニットが単位セル積層面に沿ってレーザー光を照射する形状に配置されている。レーザー受光部３００は制御部４００と連結されており、制御部４００はアラーム部５００と連結されている。前記レーザー受光部３００で受信したレーザー光についての情報を前記制御部４００で受信し、前記制御部４００は判断した情報を前記アラーム部５００に伝達してアラームを発生させるようにすることができる。
ここで、レーザー照射部２００は一方向にレーザー光を照射することができればその種類は構わない。ただ、そのサイズがあまり大きい場合バッテリーの容量を減らすことができるので、バッテリーパックの容量を減らさないようにバッテリーパックの余剰空間の一面で一つの単位セルのサイズを超えないサイズが好まれる。その例示としては、ダイオード形態のレーザー照射部２００を挙げることができる。
また、レーザー照射部２００から照射されるレーザー光は、赤外線、可視光線、紫外線、Ｘ線のいずれも使うことができるが、バッテリーで発生するガス粒子のサイズを考慮して見るとき、近赤外線、可視光線、または紫外線が好ましく、より好ましくは紫外線を使うことが好ましい。
レーザー受光部３００はレーザー照射部２００から出たレーザー光を受信することができる部位に位置することができる。前記レーザー受光部３００は普通レーザー照射部２００と対面するように配置されることができる。レーザー受光部３００はレーザー照射部２００から出たレーザー光を受信し、これを制御部４００に伝達することができればその種類は構わない。ただ、そのサイズがあまり大きい場合、バッテリーの容量を減らすことができるので、バッテリーパックの容量を減らさないようにバッテリーパックの余剰空間の一面で一つの単位セルのサイズを超えないサイズが好まれる。その例示としては、ダイオード形態のレーザー受光部３００を挙げることができる。
レーザー受光部３００で受信されたレーザー光の強度は電気的信号によって制御部４００に移動し、制御部４００は予め入力された値と受信された値とを比較して所望の結果値が出る場合、アラーム部５００にこれを伝送する。
制御部４００及び／またはアラーム部５００はバッテリーパック１００に装着されることもでき、バッテリーパック１００以外の場所に装着されることもできる。制御部４００及び／またはアラーム部５００がバッテリーパック１００に装着されている場合、制御部４００及び／またはアラーム部５００はバッテリーパック１００の容量を減らさないようにバッテリーパック１００の余剰空間の一面に位置する。また、制御部４００及び／またはアラーム部５００のサイズも必要な機能を遂行することができる程度の小さいサイズが好まれる。
これに対し、制御部４００及び／またはアラーム部５００がバッテリーパック１００以外の場所に装着されている場合、制御部４００及び／またはアラーム部５００はそのサイズに制限がなく、制御部４００及び／またはアラーム部５００がバッテリー管理システム（ＢＭＳ）の一部に相当することもできる。
前記レーザー照射部２００及びレーザー受光部３００は、図３の実施例１のようにバッテリーパック１００の一側面に位置することもでき、バッテリーモジュールまたは単位セルが積層されている列の間、すなわち図３のレーザー照射部２００及びレーザー受光部３００のように、前記レーザー照射部２００から照射された光がバッテリーパック１００内に積層されている複数のバッテリーモジュールまたは単位セルの一側に照射されて前記レーザー受光部３００に受信されるように前記レーザー照射部２００と前記レーザー受光部３００が配置されることができる。
また、本発明によるバッテリーパックは、図４の実施例２のように、レーザー照射部２００、レーザー受光部３００、制御部４００、及びアラーム部５００をそれぞれ二つ以上含むことができる。ここで、それぞれ二つの前記レーザー照射部２００と前記レーザー受光部３００の位置は互いに同一位置にあることもでき、図４のように、互いに異なる位置にあることもできる。すなわち、ラックハウジングの一面に位置する前記レーザー照射部２００及び前記レーザー受光部３００が前記ラックハウジングの他面に位置するそれぞれのレーザー照射部２００及びレーザー受光部３００にそれぞれ対応するように平行に向き合って位置するか、図４のように、ラックハウジングの一面に位置する前記レーザー照射部２００とラックハウジングの他面に位置する前記レーザー受光部３００とが対応するように平行に位置することができる。互いに同じ位置にレーザー照射部２００とレーザー受光部３００とが存在する場合、レーザー受光部３００で受信した情報を比較してエラーを減少させることができる。また、バッテリーモジュールが多数であるバッテリーパックにおいてはレーザー受光部３００が感知することができるガスの量が限定されることがあるから、前記レーザー照射部２００とレーザー受光部３００の位置をラックハウジングの両側面で方向を異にしてこれを補うように配置することもできる。
このようなバッテリーパックは、レーザー照射部２００とレーザー受光部３００が単一の制御部４００で連結され、前記制御部４００は受信された情報に基づいてアラーム部５００と連結されている構造を有することもできる。一対のレーザー照射部２００とレーザー受光部３００が一つの制御部４００と一つのアラーム部５００を備えている構造は一つのレーザーユニットに適用することができるだけでなく多数のレーザーユニットにも適用することができる。
図５は本発明の第１実施例によるレーザーユニットの配置図である。
図５に示すように、本発明の第１実施例によるレーザーユニットは、レーザー照射部がレーザー受光部にレーザー光を伝達し、前記レーザー照射部と前記レーザー受光部から制御部に情報を伝達し、これに基づいてアラームを提供する。このような制御部は一対のレーザー照射部及びレーザー受光部のそれぞれに連結されることができる。
一つのレーザー照射部及びレーザー受光部に一つの制御部及び／またはアラーム部が存在する構造は、第１実施例によるレーザーユニットの他にも第２実施例によるレーザーユニットにも適用することができる。
図６は本発明の第３実施例によるレーザーユニットの配置図である。
本発明によるレーザーユニットは、図６の第３実施例のように、一つのレーザー照射部が一つのレーザー受光部にレーザー光を伝達する一対からなるレーザー対を多数対有し、複数のレーザー受光部で受信した情報を単一の制御部のみで処理するようにすることもできる。制御部を一つのみ備える場合、多数の情報をいっぺんに処理することができるという利点があるが、情報処理に時間がかかる欠点があり得る。これに対して、多数の制御部を備える場合、各情報に対して早い処理ができるが、多数の情報を比較分析することができないという欠点が存在する。
ここで、複数のレーザー受光部に連結された一つの制御部はこれに連結された一つのアラーム部に信号を送信してアラーム部を作動させることができる。
第３実施例によるレーザーユニットの配置はバッテリーパック内にあるすべてのレーザーユニットに適用することもでき、バッテリーパックをいくつかの区域に分割し、その区域ごとに一つの制御部及び／またはアラーム部を備える形態を有することができる。
本発明によるバッテリーパックは図７のようなガス検出方法を経る。図７は本発明によるバッテリーパックのガス検出方法のフローチャートである。
１）本発明のようなレーザーユニットがバッテリーパックに装着され、正常モニタリングが遂行される状態（Ｓｔａｒｔ）の後、レーザー受光部で受信したレーザー光の散乱比（ΔＩ／Ｉ０）を予め設定した散乱比（ａ）と比較し、前記受信したレーザー光の散乱比が予め設定した散乱比と同じかそれより大きい場合（Ｓ０１）、次の段階に進む。仮に、予め設定した散乱比より受信したレーザー光の散乱比が小さい場合、時間を初期化させた状態で再びモニタリングする。
２）１）段階の後、以前の時間値（ｔｏｌｄ）に測定時間値（ｔ）を足して新しい時間値（ｔｎｅｗ）を形成する段階（Ｓ０２）を経る。
３）前記２）段階で生成された時間値（ｔｎｅｗ）を予め設定した時間（ｂ）と比較し、生成された時間値（ｔｎｅｗ）が予め設定した時間（ｂ）より大きいか同じ場合、信号を形成して次の段階に進む段階（Ｓ０３）を経る。ここで、生成された時間値（ｔｎｅｗ）が予め設定した時間（ｂ）より小さい場合、生成された時間値（ｔｎｅｗ）を以前の時間値（ｔｏｌｄ）と見なして段階Ｓ０１を再開する。
４）前記３）段階で生成された信号をアラーム部に伝達してアラーム信号を提供する段階を経てガスを検出することができる。
前記レーザー受光部で受信したレーザー光の散乱比（ΔＩ／Ｉ０）は受信されたレーザー光の強度を参照値に設定された初期レーザー光の強度で割った値である。前記予め設定した散乱比（ａ）は各バッテリーパックで検出されるガスによる光損失値である。これは一般的なバッテリーパックの内部で発生するガスの組成から予測することができる。
これにより、ＬＧ化学社で販売しているＪＨ４バッテリーに対して発火実験（実験例１）を遂行してガスの組成を確認した。具体的には、発生するガスの場合、その比が異なることがあり得るが、一般的な組成部はほぼ同一であることができる。ＪＨ４バッテリーの発火の際に発生するガスの組成は下記の表１の通りである。
下記の表１で、Ｃ４’はｉ－Ｃ４（ｉｓｏｂｕｔａｎｅ）、ｔ－Ｃ４（ｔｒａｎｓ－２－ｂｕｔｅｎｅ）、ｎ－Ｃ４（ｎ－ｂｕｔａｎｅ）、ｃｉｓ－Ｃ４（ｃｉｓ－２－ｂｕｔｅｎｅ）、１－Ｂｕｔｅｎｅ、ｉｓｏｂｕｔｅｎｅ、１、３－ｂｕｔａｄｉｅｎｅを含む。
Figure 0007442918000001
前記表１の燃焼ガス質量の約５７．６％は一般的に燃焼の際に多く発生するガスからなっていることを確認することができる。これから、ＬＧ化学社のＪＨ４電池が炭化水素規格に基づいて製作されたことが分かり、前記主に発生するガス成分から大部分の電池に適用することができるという点が分かる。ここで、前記表１で測定された燃焼ガス中の空気の構成成分（窒素、酸素）は一般的な状況でも検出されるので、窒素と酸素を除いた残りの燃焼ガスの組成を検討して見る必要がある。下記の表２は窒素と酸素を除いた燃焼ガスの組成を示した表である。
下記の表２で、Ｃ４’はｉ－Ｃ４（ｉｓｏｂｕｔａｎｅ）、ｔ－Ｃ４（ｔｒａｎｓ－２－ｂｕｔｅｎｅ）、ｎ－Ｃ４（ｎ－ｂｕｔａｎｅ）、ｃｉｓ－Ｃ４（ｃｉｓ－２－ｂｕｔｅｎｅ）、１－Ｂｕｔｅｎｅ、ｉｓｏｂｕｔｅｎｅ、１、３－ｂｕｔａｄｉｅｎｅを含む。
Figure 0007442918000002
窒素と酸素を除いた残りのガスは、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、メタン、エチレン、エタン、プロピレンのような燃焼ガスであることが分かる。本発明で使用するガス粒子は燃焼ガスを前駆体によって形成したガス粒子を意味する。前記のような組成から見て、燃焼の際に発生するガスの組成は煙霧（直径０．１μｍ～１０μｍ）のような粒子サイズのガスを生成することが分かる。
これは、波長による粒子の消散係数または消散係数に光経路を掛けて全部合わせた値にミー散乱理論を適用することにより、光損失値を決定することができる。ここで、下記のようなランベルト－ベールの法則（Ｌａｍｂｅｒｔ－ｂｅｅｒ’ｓ ｌａｗ）の式を使うこともできる。
ｄＩ＝－Ｉｏσｄｘ
Ｉ（ｘ）＝Ｉｏｅｘｐ（－σｘ）
ここで、Ｉ（ｘ）は透過光の強度、Ｉｏは入射光の強度、σはエアロゾル消散係数、ｘは吸収層の厚さを示す。前記式を用いて、光が媒質、すなわち発生したガス層を通過する前（ｘ＝０）から通過した後（ｘ＝Ｘ）まで積分すれば、次のように光が媒質を通過した後の光の強度を計算することができる。
前記式及び測定されたガス値に基づいて光損失値を計算した結果、２％～５％の光損失が発生することに予測されるので、本発明の予め設定した散乱比（ａ）はバッテリーパックの場合によって変わることができるが、２％～５％に設定することができる。
図８は本発明の発火試験を時間によって並べた写真である。
図８の実験例２のように８個の単位セルから構成された７個のバッテリーモジュールを連結したバッテリーパックにおいて、４番目バッテリーモジュールと（ＣＭＡ４）と５番目バッテリーモジュール（ＣＭＡ５）との間に発火源を入れ、モジュールごとに熱暴走伝播時間を確認した。
図８に示すように、初期熱暴走は３９分４９秒程度の時間がかかり、半分程度のバッテリーモジュールに熱暴走が伝達される時間は４６分３０秒、すべてのセルが熱暴走されるまでは１時間程度の時間がかかった。
下記の表３はこれに対する詳細な実験結果である。
Figure 0007442918000003
これは図９のグラフからも確認することができる。図９は本発明の発火実験結果についてのグラフである。
これから、モジュール間の熱暴走伝播時間はＣＭＡ５からＣＭＡ６または３に伝達された時間である約４００秒と見なすとき、セル間の熱暴走伝達時間を５０秒と推定（４００秒／８ｃｅｌｌ）することができる。これにより、熱暴走が始まる前の時間である４０秒～６０秒を予め設定した時間（ｂ）に設定し、バッテリーの熱暴走が始まる前にアラームを発生させるかバッテリーの機能を停止させることができる。
以上で本発明内容の特定の部分を詳細に記述したが、当該分野の通常の知識を有する者に、このような具体的記述はただ好適な実施様態であるだけであり、これによって本発明の範囲が制限されるものではなく、本発明の範疇及び技術思想の範囲内で多様な変更及び修正が可能であることは当業者に明らかなものであり、このような変形及び修正が添付の特許請求の範囲に属するというのも言うまでもない。
本発明によるバッテリーパックは、単位セルで発生したガスを光で検出するので、既存のガス感知器に比べてもっと早くガス発生を感知することができるという利点がある。
また、発生したガス自体を直接感知し、獲得した値の持続可否を判断してエラーを減らすので、他のガス感知器に比べてより正確にガス発生を感知することができる。
本発明によるバッテリーパックはバッテリーパック内で発生したガスを感知してバッテリーパックの安全性を向上させることができる。
１００ バッテリーパック
１１０ バッテリーモジュール
１２０ ラックハウジング
１３０ 下部ハウジング
１４０ 上部ハウジング
２００ レーザー照射部
３００ レーザー受光部
４００ 制御部
５００ アラーム部

Claims (15)

  1. 一つ以上の単位セルを含むバッテリーモジュールと、
    一つ以上の前記バッテリーモジュールを収納するラックハウジングと、
    上部が開放した形態の内部空間を備え、前記内部空間に前記バッテリーモジュールを収容する下部ハウジングと、
    前記下部ハウジングの上部開放部に結合され、内部空間を備えて前記バッテリーモジュールを収容する上部ハウジングと、
    前記ラックハウジングの一面に設けられ、ミー散乱を用いてガスを感知するレーザーユニットと、を含む、バッテリーパック。
  2. 前記レーザーユニットは、
    バッテリーパックの複数のバッテリーを収納するラックハウジングの一面に形成され、レーザー光を照射するレーザー照射部と、
    前記レーザー照射部から照射されたレーザー光を受信し、前記レーザー照射部と対面するラックハウジングの他面に形成されたレーザー受光部と、
    前記レーザー受光部で受信した前記レーザー光の強度を参照値と比較してガス発生を判断する制御部と、を含む、請求項１に記載のバッテリーパック。
  3. 前記レーザーユニットは二つ以上のユニットを含むことを含む、請求項２に記載のバッテリーパック。
  4. 前記二つ以上のレーザーユニットは、単位セルを挟んでレーザーユニットが平行に位置することを含む、請求項３に記載のバッテリーパック。
  5. 前記二つ以上のレーザーユニットは単位セルを挟んでレーザーユニットが鏡面対称に位置する、請求項３に記載のバッテリーパック。
  6. 前記レーザーユニットは、
    バッテリーパックの複数のバッテリーを収納するラックハウジングの一面に形成され、レーザー光を照射するレーザー照射部と、
    前記レーザー照射部から照射したレーザー光を受信し、前記レーザー照射部と対面するラックハウジングの他面に形成されたレーザー受光部と、
    前記レーザー受光部で受信した前記レーザー光の強度を参照値と比較してガス発生を判断する制御部と、を含む、請求項３に記載のバッテリーパック。
  7. 前記二つ以上のレーザーユニットは、
    バッテリーパックの複数のバッテリーを収納するラックハウジングの一面に形成され、レーザー光を照射する二つ以上のレーザー照射部と、
    前記レーザー照射部から照射したレーザー光を受信し、前記レーザー照射部と対面するラックハウジングの他面に形成された二つ以上のレーザー受光部と、を含み、
    前記二つ以上のレーザーユニットは一つの制御部のみを有し、
    前記制御部は、前記レーザー受光部で受信した前記レーザー光の強度を参照値と比較してガス発生を判断し、
    前記制御部に前記二つ以上のレーザーユニットが連結される、請求項３～５のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
  8. 前記レーザー照射部は、前記バッテリーパックで発生するガス粒子のサイズと波長が同じかそれより小さいレーザー光を照射する、請求項２に記載のバッテリーパック。
  9. 前記ガス粒子の直径は０．１μｍ～１０μｍである、請求項８に記載のバッテリーパック。
  10. 前記レーザーユニットは、アラーム部をさらに含む、請求項２に記載のバッテリーパック。
  11. １）レーザー受光部で受信したレーザー光の散乱比を、予めミー散乱を考慮して設定した散乱比と比較する段階と、
    ２）前記段階１）で前記受信したレーザー光の散乱比が予め設定した散乱比と同じかそれより大きい場合、信号を発生させる段階と、
    ３）制御部から伝達された信号によってアラーム部からアラームを提供する段階と、を含む、バッテリーパックのガス検出方法。
  12. 前記レーザー光の散乱比は、受信されたレーザー光の強度を参照値に設定された初期レーザー光の強度で割った値である、請求項１１に記載のバッテリーパックのガス検出方法。
  13. 前記予め設定した散乱比は、各バッテリーパックで検出されるガスによる光損失値である、請求項１１に記載のバッテリーパックのガス検出方法。
  14. 前記制御部は、前記段階２）と段階３）との間に、
    ａ）前記段階２）で信号が発生する場合、以前の時間値に測定時間値を足す段階をさらに含む、請求項１１に記載のバッテリーパックのガス検出方法。
  15. 前記段階ａ）と段階３）との間に、
    ｂ）前記段階ａ）で得られた値を予め設定した時間と比較する段階と、
    ｃ）前記ｂ）段階で得られた値が予め設定した時間より大きいか同じ場合、信号を発生させる段階と、をさらに含む、請求項１４に記載のバッテリーパックのガス検出方法。
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