KR100778435B1 - 전지 모듈 소화 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전지 모듈에 있어서 전지의 제반 상태를 총괄 관리하는 전지 관리 시스템을 통해 전지 모듈의 화재를 감지하여 이를 신속하게 소화시킬 수 있도록, 전지 모듈 내의 각 단위 전지에 연결되어 단위 전지의 온도를 검출하는 전지관리시스템과, 상기 전지관리시스템에 연결되어 전지관리시스템의 제어신호에 따라 상기 전지 모듈 내로 소화물질을 분출하기 위한 소화기를 포함하는 전지 모듈의 소화 시스템을 제공한다.

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Description

전지 모듈 소화 시스템{SYSTEM FOR EXTINGUISHING FIRE OF SECONDARY BATTERY MODULE}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈 소화 시스템의 구성을 도시한 개략적인 측 단면도이다.

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단위 전지를 연결하여 구성된 전지 모듈에서 화재가 발생된 경우 이를 신속하게 소화시킬 수 있도록 된 이차 전지 모듈의 소화 시스템에 관한 것이다.

최근들어 고에너지 밀도의 비수전해해액을 이용한 고출력 이차 전지가 개발되고 있으며, 대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있도록 상기한 고출력 이차 전지를 복수개 직렬로 연결하여 대용량의 이차 전지를 구성하게 된다.

이와같이 하나의 대용량 이차 전지(이하 명세서 전반에 걸쳐 설명의 편의상 전지모듈이라 칭한다)는 통상 직렬로 연결되는 복수개의 이차 전지(이하 명세서 전반에 걸쳐 설명의 편의상 단위전지라 칭한다)로 이루어지며, 상기 각각의 단위전지 는 양극판과 음극판이 격리판을 사이에 두고 위치하는 전극 조립체와, 상기 전극 조립체가 내장되는 공간부를 구비하는 케이스와, 상기 케이스에 결합되어 이를 밀폐하는 캡 조립체, 상기 캡 조립체로 돌출되고 상기 전극 조립체에 구비된 양,음극판의 집전체와 전기적으로 연결되는 양,음극 단자를 포함한다.

그리고 각각의 단위전지는 통상 각형 전지의 경우 캡 조립체 상부로 돌출된 양극단자 및 음극단자가 이웃하는 단위전지의 양극단자 및 음극단자와 엇갈리도록 각 단위전지를 교차 배열하고, 나사가공된 음극단자와 양극단자간에 너트를 매개로 도전체를 연결설치하여 전지 모듈을 구성하게 된다.

여기서 상기한 전지모듈은 수 개에서 많게는 수십 개의 단위전지를 연결시켜 하나의 전지모듈을 구성함에 따라 각 단위 전지에서 발생되는 열을 용이하게 방출할 수 있어야 하며, 더욱이 HEV(Hybrid Electric Vehicle)에 적용되는 이차 전지의 경우 온도 관리는 무엇보다 중요하다 할 수 있다.

열 방출이 제대로 이루어지지 않는 경우 예컨대, 각 단위전지에서 발생되는 열은 전지모듈의 온도 상승을 초래하게 되고 결과적으로 상기 전지모듈이 적용된 기기의 오작동을 발생시키게 된다.

특히, 차량용으로 사용되는 HEV용 전지 모듈의 경우 대전류로 충방전되므로 사용 상태에 따라서 이차 전지의 내부 반응에 의해 열이 발생하여 상당한 온도까지 올라가게 되고, 이는 전지의 고유 특성에 영향을 주어 전지 고유의 성능을 저하시키게 된다.

따라서 차량 등에 적용되는 HEV용 전지 모듈의 경우 전지 모듈의 온도를 알 맞은 상태로 유지시키고 전지의 손상 및 그에 따른 안전사고를 방지하기 위하여 전지 관리 시스템이 적용된다.

상기한 종래의 전지 모듈은 전지 관리 시스템의 정상적인 작동하에서는 전지의 과충전이 방지되어 전지가 제대로 작동하게 되나 전지 관리 시스템이 오작동되는 경우에는 과충전에 의해 배터리의 손상이나 고온, 화재, 폭발 등의 안전사고가 일어날 위험이 크며, 종래에는 이와같이 전지 모듈에 화재가 발생된 경우 이에 대한 적절한 대처가 어려운 문제점이 있다.

즉, 종래의 전지 모듈은 구비된 전지 관리 시스템에 의해 전지의 온도가 관리되기는 하나 화재 등의 안전사고가 발생된 경우에는 이에 대한 소화 수단이 미비하여 화재를 신속하게 진압하지 못하는 문제점이 있는 것이다.

따라서 본 발명은 상기한 제반 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전지 모듈에 있어서 전지의 제반 상태를 총괄 관리하는 전지 관리 시스템을 통해 전지 모듈의 화재를 감지하여 이를 신속하게 소화시킬 수 있도록 된 전지 모듈 소화 시스템을 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 전지모듈 내의 각 단위 전지에 연결되어 단위 전지의 온도를 검출하는 전지관리시스템과, 상기 전지관리시스템에 연결되어 전지관리시스템의 제어신호에 따라 상기 전지모듈내로 소화물질을 분출하기 위한 소화기를 포함한다.

상기 전지 모듈은 간격을 두고 배열되는 다수개의 단위 전지와, 상기 단위 전지가 내장되고 온도 제어용 냉각매체가 유통되는 하우징을 포함할 수 있다.

여기서 상기 단위 전지는 원통형이나 각형으로 이루어질 수 있으며 이 단위 전지가 내장되는 전지 모듈의 구조는 특별히 한정되지 않는다.

또한, 상기 소화기는 상기 전지 모듈에 일체로 구비되거나 전지 모듈 외측에 별도로 구비될 수 있다.

또한, 상기 소화기는 소화액 또는 소화분말을 분출가능하게 내장한 저장통과, 이 저장통과 상기 전지 모듈을 연결하여 소화액 또는 소화분말을 분출하기 위한 분출관, 이 분출관 상에 설치되고 상기 전지관리시스템과 전기적으로 연결되어 분출관을 개폐하기 위한 밸브를 포함한다.

따라서 전지관리시스템에 의해 밸브가 개방작동되면 저장통 내의 소화액 또는 소화분말이 분출관을 통해 전지모듈로 분출되어 전지 모듈내의 화재를 신속하게 진압할 수 있게 되는 것이다.

또한, 상기 전지관리시스템은 하우징 내측에 단위 전지의 온도를 검출하기 위한 온도 센서를 더욱 포함하여, 상기 온도센서로부터 단위 전지의 온도를 검출하여 화재 발생 여부를 확인할 수 있게 된다.

여기서 상기 전지관리시스템은 단위 전지에 설치된 온도 센서로부터 감지된 출력신호를 연산하는 연산부와, 상기 연산부로터 연산된 값과 저장되어 있는 기준값을 비교하여 단위 전지의 화재 여부를 검출하는 비교부, 상기 비교부의 신호에 따라 소화기를 제어작동하는 출력부를 포함한다.

여기서 상기 이차 전지는 HEV(하이브리드 전기 자동차), EV(전기 자동차), 무선 청소기, 전동 자전거, 전동 스쿠터 등과 같이 모터를 사용하여 작동하는 기기에 있어, 해당 기기의 모터를 구동하기 위한 에너지원으로서 사용될 수 있다

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

이하 설명에서는 온도 제어 시스템이 전지 모듈 외부의 공기를 그대로 전지 모듈 온도 제어용 공기로 사용하는 공냉방식인 경우를 예로써 설명한다. 물론 본 발명은 상기 구조에 한정되지 않으며 공냉방식 이외에 차량의 공조시스템을 이용하는 방식의 경우에도 적용가능하다 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전지 모듈 소화 시스템의 구성을 도시한 개략적인 측 단면도이다.

먼저 대용량의 전지모듈(10)을 살펴보면, 양극판과 음극판이 격리판을 사이에 두고 위치하는 전극 조립체를 구비하여 단위 전력을 생산하는 단위 전지(11)와, 상기 단위 전지(11)가 일정 간격을 두고 배열되어 장착되는 하우징(12)을 포함한다.

상기 하우징(12)은 일측면에 단위 전지(11)의 온도를 제어하기 위한 온도 제어용 공기가 유입되는 유입구(13)가 형성되고 반대쪽 측면에는 단위 전지(11)를 거친 공기가 배출되는 배출구(14)가 형성된 구조로 되어 있다.

여기서 상기 하우징(12)의 구조와 유입구(13) 및 배출구(14)의 위치 및 하우징(12) 내부에서의 단위 전지(11)의 배열 구조에 대해서는 상기 구조를 만족하는 한 특별히 한정되지 않는다.

상기한 구조의 전지 모듈(10)에 있어서 본 실시예에 따른 소화 시스템은, 상기 하우징(12) 외측에 배치되는 소화기(20)와, 상기 하우징(12) 내부에서 단위 전지(11) 일측에 설치되어 단위 전지(11)의 온도를 검출하기 위한 온도센서(34), 상기 온도센서(34)에 연결되어 검출된 단위 전지(11)의 온도에 따라 상기 소화기(20)에 출력신호를 인가하기 위한 전지관리시스템(BMS;Battery Manager System)(30)를 포함한다.

상기 소화기(20)는 내부에 소화분말이 분출가능하게 내장된 소화분말 저장통(21)과, 이 저장통(21)에 연결설치되고 상기 하우징(12)으로 연장되어 하우징(12) 내부로 소화분말을 분출하기 위한 분출관(22), 상기 분출관(22) 일측에 설치되어 분출관(22)을 개폐하기 위한 솔레노이드 밸브(23)를 포함한다.

여기서 상기 온도센서(34)는 각 단위 전지마다 하나씩 설치되어 개별적으로 상기 BMS(30)에 연결되거나 하우징(12) 내부의 일측에 설치되어 화재시의 온도를 검출할 수 있으며 그 설치 위치에 있어서는 모듈 설계에 따라 다양하게 적용될 수 있으며 화재 발생에 따른 온도를 정확히 검출할 수 있는 위치면 특별히 한정되지 않는다.

그리고 상기 BMS(30)는 단위 전지에 설치된 온도 센서(34)로부터 감지된 출력신호를 연산하여 현재 단위 전지(11)의 온도를 확인하는 연산부(31)와, 상기 연산부(31)로터 확인된 단위 전지의 실제 온도 값과 데이터에 저장되어 있는 단위 전지의 기준 값을 비교하여 단위 전지에 화재가 발생하였는지의 여부를 검출하는 비교부(32), 상기 비교부(32)의 신호에 따라 상기 소화기의 분출관(22)에 설치된 솔레노이드밸브(23)로 전류 값을 인가하여 분출관(22)을 개방 작동시키기 위한 출력부(33)를 포함한다.

또한, 상기 비교부(32)는 자체 메모리에 단위 전지(11)의 화재 발생시의 온도에 대한 데이터가 내장되어 있어서, 이를 상기 연산부(31)로부터 인가된 실제 단위 전지의 온도 값과 비교하여 화재 발생 여부를 검출하게 된다.

또한, 상기 출력부(33)는 비교부(32)에서 출력된 신호에 따라 솔레노이드 밸브(23)에 전류값을 인가하게 된다.

한편, 상기 소화분말 저장통(21)은 내부에 일정 압력으로 소화분말이 저장된 통으로 화재를 소화시키기 위한 소화분말이나 저장통(21) 내의 압력 등에 대해서는 종래 많은 기술이 개시되어 있으므로 이하 설명을 생략하도록 한다.

그리고 상기 저장통(21)과 연결된 분출관(22)은 상기 하우징(12)으로 연통 설치되며 그 설치 위치는 냉각용 공기가 유입되는 하우징(12)의 유입구쪽에 설치함이 바람직하다.

이에 따라 분출관(22)으로부터 분사된 소화분말이 하우징(12)의 유입구(13)에서 유출구(14)로 진행하면서 화재를 보다 신속하게 소화시킬 수 있게 된다.

이하 상기 소화 시스템의 작용에 대해 살펴보면 다음과 같다.

송풍기 등을 통해 강제 공급된 공기는 하우징(12)의 유입구(13)를 통해 하우징(12) 내부로 유입되어 단위 전지 사이를 지나 하우징(12)에 형성된 배출구(14)를 통해 외부로 빠져나가게 된다.

이 과정에서 단위 전지(11)에서 발생되는 열은 냉각용 공기에 의해 냉각되게 되는 데, 이 과정에서 단위 전지(11)에 설치된 온도센서(34)는 지속적으로 단위 전지(11)의 온도를 검출하게 되고 검출된 신호는 BMS(30)의 연산부(31)로 로 인가된다.

이때, 상기 단위 전지(11)의 회로 이상 등으로 인해 하우징 내에서 화재가 발생하게 되며 상기 연산부(31)는 상기 온도센서(34)의 신호를 연산하여 단위 전지의 실제 온도 값을 계산하게 되고, 이 계산된 값은 상기 BMS(30)의 비교부(32)로 보내지게 된다.

상기 비교부(32)는 연산부(31)로부터 인가된 각 단위 전지(11)의 실제 온도와 비교부에 미리 저장되어 있는 단위 전지(11)의 화재시 온도 값을 비교하여 단위 전지(11)의 실제 온도가 상기 화재시 온도 값보다 높은지 또는 낮은지에 대한 출력신호를 출력부(33)로 보내게 된다.

이에 상기 출력부(33)는 상기 비교부(32)의 신호에 따라 예컨대, 단위 전지의 실제 온도가 설정된 화재 발생시의 온도 이상인 경우에는 출력신호를 솔레노이드 밸브(23)로 인가하여 소화기(20)를 작동시키게 된다.

즉, 출력부(33)의 신호를 인가받은 솔레노이드 밸브(23)는 개방작동되어 분출관(22)을 개방시키게 되고 이에 따라 소화분말 저장통(21)내의 소화분말이 분출관(22)을 통해 하우징(12)으로 분사되어 화재를 신속하게 진압할 수 있게 되는 것이다.

상기한 본 발명의 전지 모듈의 온도 제어 시스템은, 고출력/대용량을 요구받 는 HEV용 전지로서 효과적으로 사용될 수 있으나, 반드시 그 용도가 HEV용으로만 한정되는 것은 아니다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

이와 같이 본 실시예에 따르면, 모듈 내에서 화재 발생시 이를 신속하게 소화시킴으로써 전지 모듈의 보호와 전지 모듈이 설치된 기기를 보호할 수 있게 된다.

또한, 화재의 조기 진압을 통해 화재 확산에 따른 안전사고의 위험을 줄일 수 있게 된다.

Claims (9)

1. 전지 모듈 내의 각 단위 전지에 연결되어 상기 단위 전지의 온도를 검출하는 온도센서와 상기 온도 센서로부터 감지된 출력신호를 연산하는 연산부와, 상기 연산부로터 연산된 값과 저장되어 있는 기준값을 비교하여 상기 단위 전지의 화재 여부를 검출하는 비교부, 상기 비교부의 신호에 따라 소화기를 제어작동하는 출력부를 포함하는 전지관리시스템; 및

   상기 전지관리시스템에 연결되어 상기 전지관리시스템의 제어신호에 따라 상기 전지 모듈 내로 소화물질을 분출하기 위한 소화기;

   를 포함하는 전지 모듈의 소화 시스템.
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