KR101710951B1 - 배터리 연소시험 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 배터리 연소시험 장치는 적어도 하나 이상의 연소노즐모듈을 포함하는 연소노즐장치부; 상기 연소노즐장치부를 거치하기 위한 프레임부; 상기 연소노즐 장치부 상에 배치되는 온도센서부; 상기 연소노즐장치부에 연료를 공급하기 위한 연료공급부; 및 상기 연료공급부의 연료공급량을 제어하기 위한 유량제어부;를 포함하고, 상기 연소노즐모듈은 복수의 연소노즐을 포함하고, 상기 복수의 연소노즐 중 서로 이웃하는 연소노즐은 소정의 거리 이격되어 배치되고, 상기 연소노즐은 상기 공급된 연료의 연소가 일어나는 통 형상의 연소기와 상기 연소기에 연결되어 연료를 공급하기 위한 통 형상의 연료공급관을 포함하고, 상기 연료공급관이 연결되는 상기 연소기의 일 측면에는 노즐홀이 형성되고, 상기 노즐홀에 이웃한 상기 연소기의 둘레에는 공기가 통과하기 위한 적어도 하나의 통공이 형성된다.

Description

배터리 연소시험 장치 및 방법{BATTERY FIRE-RESISTANT TEST DEVICE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 배터리 연소시험 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리 연소시험 환경을 보다 완전하게 구현하여 정확한 시험이 이루어질 수 있도록 하는 배터리 연소시험 장치 및 방법에 관한 것이다.
배터리는 산업용을 비롯하여 일상생활에까지 다양하게 사용되고 있다. 배터리의 사용이 많아지면서, 많은 전기에너지를 저장하면서 보다 소형화하기 위하여 다양한 소재가 사용되고, 다양한 내부구조가 제안되고 있다. 이에 따라, 대용량, 고출력의 배터리가 개발되면서, 그 이용분야는 크게 증가하고 있다.
전기자동차(Electric Vehicle)의 경우가 대표적이다. EV는 주행거리 등의 문제로 종래 사용되던 배터리보다 대용량의 배터리가 필요하다. 최근, 배터리가 폭발하여 상해를 입히는 경우가 종종 발생하고 있다. 문제된 배터리 폭발은 주로 휴대전화 등에 사용되는 소형의 배터리이므로, 그 위험성에 대하여 심각하게 받아들여지고 있지 않다. 특수한 환경에서의 배터리 구조, 보호장치 또는 소재 등에 있어서 다양한 연구가 진행되고는 있지만, 종래 소형의 배터리에서 문제되었던 폭발 등의 문제점이 자동차용 대형 배터리에도 존재한다.
소형의 배터리에 비하여 자동차 등에 적용되는 대형배터리는 폭발할 경우 큰 피해를 가할 수 있으므로, 그 규격 및 안전성 등을 담보할 수 있는 다양한 시험이 행하여질 필요가 있다. 또한, 배터리 자체의 폭발 위험 이외에 자동차 화재 시에 배터리에 화염에 따른 열기가 전달될 경우 폭발의 위력 및 위험성이 더 클 수 있다.
따라서, 자동차 화재 시의 고온환경과 유사한 테스트가 필요하지만, 실제 화재 현장과 같은 화염과 고온의 복사에너지를 제공하기 위한 테스트가 이루어질 수 있는 테스트 환경은 충분히 제공되지 못하고 있는 실정이다.
"자동차 및 자동차 부품의 성능과 기준에 관한 규칙" 18조의3. 구동축전지, "자동차 및 자동차 부품의 성능과 기준 시행세칙" 별표1의 48. 구동전지 안전성시험 중 48.7.7 연소 안전시험 절차에 따르면, 다음의 단계에 의하여 시험이 이루어진다.
(1) 시험용 구동축전지를 지면과 수평이 되도록 연소안전 시험장치에 설치한다.
(2) 온도센서는 시험용 구동축전지 전체면적 대표할 수 있는 위치에 5개 이상 설치하되 설치높이는 구동축전지 바닥 외부표면으로부터 수직방향으로 25 mm ± 10 mm로 한다.
(3) 시험용 구동축전지 하단부 전체면적을 연료연소에 의하여 균일하게 직접 가열한다.
(4) 가열방법은 30초 이내에 온도를 800 ℃까지 높여 800 ℃ 도달시점부터 800 ℃ 이상으로 2분 경과 후 가열을 중지하고 1시간 경과 후 시험을 종료한다. 다만, 가열온도는 1,100 ℃를 초과하지 않아야 한다.
(5) 시험 진행과정에서 시험용 구동축전지의 폭발 여부를 확인한다.
상기 조건에 따라 (1) 연소온도를 30초 이내에 800 ℃에 도달시켜 800 ℃ 이상 1100 ℃ 이하로 유지해야 하며, (2) 구동축전지 하단부 전체면적에서 균일하게 연소온도가 2분간 유지될 수 있는 시험 환경 조성이 필요하다.
그러나, 종래의 구동축전지(배터리) 연소시험기는 사용연료(LPG) 공급을 저장탱크로부터 연소시험기로 연결된 공급배관에 설치된 볼밸브의 수동 개폐조작으로 유량을 조절함에 따라 조작 앵글이 90도인 기구의 특성으로 인해 개폐조작 시 유량 변동폭이 너무 커서 정밀한 유량제어가 불가능하고, 분젠버너 타입 노즐 토출구의 직경이 작아 LPG 공급유량을 증가시켜도 기구적인 한계로 안정적인 시험조건 환경을 조성하지 못했으며, 또한, 종래 시험장치는 공급연료의 유량을 증가하더라도 30초에 이내에 800 ℃ 연소온도 도달이 원활하지 않고, 구동축전지 하단부 일부 위치에서 800 ℃ 이상으로 유지되지 못하고 연소온도가 강하하는 영역이 존재하였다.
도 10은 각각 종래 시험장치에 대한 시험 결과에 따른 온도 측정그래프이고, 하기 표 1은 도 10의 결과를 나타낸 표이다. 하기 표 1 및 도 10에 나타난 그래프의 결과와 같이 종래 배터리 안전성 시험을 위한 장치에 있어서, 온도측정부위 각각에서의 온도편차가 크게는 대략 130℃에 이르는 것을 알 수 있다.
종래 배터리 연소시험 장치의 시간 변화에 따른 연소온도 측정
구분 800℃ 도달시간
(초)		 800℃ 도달 ~ 연료차단
최대온도(℃) 최소온도(℃) 평균온도(℃)
T 1 9 970 817 939
T 2 17 878 803 844
T 3 31 848 807 827
T 4 37 825 792 808
T 5 15 906 806 870
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 자동차에 사용되는 대형 배터리의 연소안전성을 시험하기 위한 환경을 보다 완전하게 구현하여 정확한 시험이 이루어지도록 하는 배터리 연소시험 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일양상에 따른 배터리 연소시험 장치는 적어도 하나 이상의 연소노즐모듈을 포함하는 연소노즐장치부; 상기 연소노즐장치부를 거치하기 위한 프레임부; 상기 연소노즐장치부에 연료를 공급하기 위한 연료공급부; 및 상기 연료공급부의 연료공급량을 제어하기 위한 유량제어부;를 포함하고, 상기 연소노즐모듈은 복수의 연소노즐을 포함하고, 상기 복수의 연소노즐 중 서로 이웃하는 연소노즐은 소정의 거리로 이격되어 배치되고, 상기 연소노즐은 상기 공급된 연료의 연소가 일어나는 통 형상의 연소기와 상기 연소기에 연결되어 연료를 공급하기 위한 통 형상의 연료공급관을 포함하고, 상기 연료공급관이 연결되는 상기 연소기의 일 측면에는 노즐홀이 형성되고, 상기 노즐홀에 이웃한 상기 연소기의 둘레에는 공기가 통과하기 위한 적어도 하나의 통공이 형성된다.
또한, 상기 연소노즐모듈을 구성하는 서로 가장 가까이에 이웃하는 연소기 길이방향의 중심축 각각의 이격 거리는 60-150 mm 일 수 있다.
또한, 상기 프레임부는 상기 연소노즐장치부가 배치되는 제1 섹션과 상기 제1 섹션에 이웃하되 상기 연소노즐장치부가 배치되지 않는 제2 섹션부를 포함하고, 상기 제1 섹션 및 제2 섹션은 장방형으로 구성될 수 있다.
또한, 상기 장치는 시험대상 배터리를 지지하여 이송시키기 위한 배터리이송장치를 더 포함하고, 상기 프레임부는 상기 배터리이송장치를 이송시키기 위한 레일을 포함하고, 상기 배터리이송장치는 상기 레일 상에서 상기 제1섹션과 상기 제2 섹션 사이에서 이동 가능하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 프레임부의 하부에는 상기 배터리 연소시험장치를 이동시키기 위한 복수의 휠구동부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 연소기의 직경은 상기 연료공급관의 직경보다 크고, 상기 연소기의 길이방향의 중심축과 상기 연료공급관의 길이방향의 중심축은 서로 일치할 수 있다.
또한, 상기 노즐홀의 직경은 2.3-2.6 mm이고, 상기 통공의 직경은 8-12mm일 수 있다.
또한, 상기 연료는 LPG이고, 상기 유량제어부는 공압식 비례제어기를 포함하고, 상기 유량제어부는 상기 LPG를 상기 연소노즐장치부로 150-250 kg/h가 공급되도록 할 수 있다.
또한, 상기 연소노즐모듈은 적어도 하나의 일렬로 배치된 서브 연소노즐모듈을 포함할 수 있다.
또한, 상기 연소노즐모듈은 4 내지 6개의 서브연소노즐모듈을 포함할 수 있다.
또한, 상기 연료공급부는 상기 연소노즐모듈의 각각에 개별적으로 상기 연료를 공급하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 배터리 연소시험 장치는 상기 유량제어부와 상기 연료공급부 사이에 열교환장치부를 더 포함하고, 상기 열교환장치부는 상기 연료를 10-25℃ 로 상기 연소노즐모듈로 공급할 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따른 배터리 연소시험 방법은 적어도 하나 이상의 연소노즐모듈을 포함하는 연소노즐장치부; 상기 연소노즐장치부를 거치하기 위한 프레임부; 상기 연소노즐장치부에 연료를 공급하기 위한 연료공급부; 및 상기 연료공급부의 연료공급량을 제어하기 위한 유량제어부;를 포함하고, 상기 연소노즐모듈은 복수의 연소노즐을 포함하고, 상기 복수의 연소노즐 중 서로 이웃하는 연소노즐은 소정의 거리로 이격되어 배치되고, 상기 연소노즐은 상기 공급된 연료의 연소가 일어나는 통 형상의 연소기와 상기 연소기에 연결되어 연료를 공급하기 위한 통 형상의 연료공급관을 포함하고, 상기 연료공급관이 연결되는 상기 연소기의 일 측면에는 노즐홀이 형성되고, 상기 노즐홀에 이웃한 상기 연소기의 둘레에는 공기가 통과하기 위한 적어도 하나의 통공이 형성되는 배터리 연소시험장치에 있어서, 상기 연소노즐장치부 상부 중심에 상기 시험대상 배터리를 거치하는 단계; 상기 유량제어부를 통하여 상기 연료공급부로부터 상기 각각의 연소노즐모듈로 상기 연료를 공급하는 단계; 상기 연소노즐장치부에 구비된 상기 점화장치에 의하여 상기 연소노즐에 존재하는 상기 연료와 공기의 혼합물을 점화하는 단계; 1 내지 30분 동안 상기 시험대상 배터리를 연소시키는 단계; 및 상기 연소시간을 경과한 후 상기 시험대상 배터리를 상기 연소노즐장치부와 이격시키는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 자동차에 사용되는 대형 배터리의 연소안전성을 시험하기 위한 환경을 보다 완전하게 구현하여 정확한 시험이 이루어지도록 하는 배터리 연소시험 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 연소시험 장치의 연소노즐장치부 및 연소노즐 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 연소시험 장치의 연소노즐의 사시도 및 횡단면도를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 연소시험 장치의 연소노즐장치부, 프레임부, 배터리 이송장치를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 연소시험 장치의 시스템구성도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 연소시험 장치의 열교환장치부를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 연소시험 장치가 작동하기 위한 외부 구조물을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 연소시험 장치에 있어서 연소온도의 측정이 이루어지는 부분을 표시한 도면이다.
도 8는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 연소시험 장치의 시간 변화에 따른 연소온도 측정값을 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 연소시험 방법의 순서도이다.
도 10은 종래 배터리 시험장치의 실제 시험결과에 따른 온도측정그래프이다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 연소시험 장치에 대해 설명하도록 한다. 실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 연소시험 장치의 연소노즐장치부(10) 및 연소노즐(100)을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 연소시험 장치의 연소노즐(100) 의 사시도 및 횡단면도를 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 연소시험 장치의 연소노즐장치부(10) 는 서브 연소노즐(100)로 구성된 연소노즐모듈(11)의 구조를 갖는다. 서브 연소노즐모듈(12)은 연소노즐(100)로 이루어진 구성을 갖는다. 각각의 연소노즐(100)에서 발생하는 화염을 통하여 연소노즐장치부(10) 상단의 배터리를 연소시킴으로써 배터리 연소시험이 가능하도록 구비된다.
상기 연소노즐모듈(11)을 구성하는 서로 가장 가까이에 이웃하는 연소기(110) 길이방향의 중심축 각각의 이격 거리는 약 60-150 mm 일 수 있다. 상기 이격 거리는 약 70-80mm인 것이 바람직하다. 상기 이격거리가 70mm 미만인 경우, 연소노즐(100) 각각에 공급되는 공기의 흐름이 원활하지 않아 연소효율이 낮아질 염려가 있고, 이격 거리가 80mm를 초과하는 경우 각각의 연소노즐(100)에 의한 화염간의 상호보완효과가 저해될 염려가 존재한다. 상기 이격 거리는 약 75mm인 것이 가장 바람직하다.
도 2를 참고하면, 연소노즐(100)은 연소기(110)와 연료공급관(120)의 두 부분으로 크게 구분될 수 있다. 연료공급관(120)은 서브 연소노즐모듈(12)부에 나사산을 통하여 결합되도록 구비될 수 있다. 상기 연소노즐(100)은 상기 공급된 연료의 연소가 일어나는 통 형상의 연소기(110)를 구비한다. 상기 연소기(110)의 둘레에는 공기가 통과하기 위한 적어도 하나의 통공(111)이 형성된다. 노즐홀(112)을 통하여 분출되는 가스의 압력에 의하여 노즐홀(112) 주변은 압력이 주변보다 낮아질 수 있다. 따라서, 주변의 공기가 상기 통공(111)을 통하여 연소기(110) 내부로 들어가게 되고, 가스와 혼합되어 연소될 수 있다. 상기 연소노즐(100)은 연소기(110)에 연결되어 연료를 공급하기 위한 통 형상의 연료공급관(120)을 포함는데, 연소기(110)와 연료공급관(120)이 연결되는 상기 연소기(110)의 일 측면에는 노즐홀(112)이 형성되어 연료공급관(120)으로부터 연소기(110)에 가스가 공급될 수 있다.
도 2에서 볼 수 있듯이, 상기 연소기(110)의 직경은 상기 연료공급관(120)의 직경보다 크고, 상기 연소기(110)의 길이방향의 중심축과 상기 연료공급관(120)의 길이방향의 중심축은 서로 일치하도록 구비될 수 있다. 상기 노즐홀(112)의 직경은 약 2.3-2.6 mm이고, 상기 통공(111)의 직경은 약 8-12mm로 형성될 수 있다. 상기 노즐홀(112)의 직경은 각각의 연소기(110)에 공급되는 가스의 양을 결정할 수 있다. 상기 노즐홀(112)의 직경이 2.3mm 미만인 경우, 가스의 공급이 원활하지 않아 원하는 화력의 화염을 발생할 수 없으며, 2.6을 초과하는 경우, 가스의 분출압력이 낮아지게 되어 주변 공기가 가스와 충분히 혼합될 수 없다. 이하 살펴볼 본 발명의 실시예에 따른 배터리 연소시험 장치의 구성에 있어서, 상기 노즐홀(112)에 따른 연소기(110) 각각의 화력과 연소기(110) 사이의 이격 거리와의 상승효과를 고려할 때 상기 노즐홀(112)의 직경은 2.4mm인 것이 가장 바람직하다.
한편, 연소노즐모듈(11)은 적어도 하나의 일렬로 배치된 서브 연소노즐모듈(12)을 포함할 수 있다. 또한, 연소노즐모듈(11)은 4 내지 6개의 서브 연소노즐모듈(12)을 포함할 수 있다. 도 1을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 연소시험 장치의 연소노즐모듈(11) 각각은 5개의 서브 연소노즐모듈(12)로 구성될 수 있다. 또한, 연소노즐장치부(10) 는 상용화된 배터리의 시험에 적합한 면적을 가질 수 있도록 적어도 하나 이상의 연소노즐모듈(11)이 구비되어 형성될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 연소노즐장치부(10) 를 형성하는 연소노즐모듈(11)은 약 4-7 개가 구비될 수 있다. 다만, 현재 EV(elective vehicle)에 사용되는 배터리의 성능을 평가 시 연소시험의 적합한 면적 및 연료의 효율적인 사용측면에 있어서, 상기 연소노즐모듈(11)은 5개인 것이 바람직하다. 상기 연소노즐모듈(11)과 서브 연소노즐모듈(12) 각각의 바람직한 규격에 따른 연소노즐장치부(10) 는 5개의 서브 연소노즐모듈(12)로 이루어진 연소노즐모듈(11) 5개로 이루어지는 것이 바람직할 수 있다. 이때 연소노즐장치부(10)가 정방형에 가까운 시험 면적을 구비하기 위하여 상기 서브 연소노즐모듈(12)은 약 20-30개의 연소노즐(100)을 포함하도록 구비될 수 있다. 연소노즐장치부가(10)가 정방형에 가장 가깝게 구성되기 위하여 상기 서브연소노즐(100) 하나를 구성하는 연소노즐(100)은 25개인 것이 바람직하다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 연소시험 장치의 연소노즐장치부(10), 프레임부(20), 배터리 이송장치를 도시한 도면이다. 연소노즐장치부(10) 는 프레임부(20)에 거치되도록 구성될 수 있다. 이때, 연소노즐장치부(10) 는 프레임부(20)의 제1 섹션(20(a))에 위치하도록 구비될 수 있다. 또한, 상기 프레임부(20)는 상기 연소노즐장치부(10) 가 배치되는 제1 섹션(20(a))과 상기 제1 섹션(20(a))에 이웃하되 상기 연소노즐장치부(10) 가 배치되지 않는 제2 섹션(20(b))부를 구비할 수 있다. 프레임부(20)는 상기 제1 섹션(20(a)) 및 제2 섹션(20(b))으로 구분된 장방형으로 형성될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 연소시험 장치는 시험대상 배터리를 지지하여 이송시키기 위한 배터리이송장치(40)를 더 포함할 수 있다. 이때 배터리가 거치되는 배터리이송장치(40) 하부는 메쉬구조로 형성될 수 있다. 상기 프레임부(20)는 상기 배터리이송장치(40)를 이송시키기 위한 레일(21)을 포함하는데, 상기 레일(21)은 배터리이송장치(40)가 상기 레일(21) 상에서 상기 제1섹션과 상기 제2 섹션(20(b)) 사이에서 용이하게 이동 가능하도록 할 수 있다. 배터리 이송장치는 상기 제1 섹션(20(a)) 및 제2 섹션(20(b))을 이동함으로써, 연소노즐장치부(10)의 상부로부터 배터리를 이송하게 될 수 있다. 배터리는 가연성소재를 포함하여 제작되므로, 배터리의 연소에 의해 플라스틱 성분 등이 녹아내릴 수 있다. 배터리 이송장치는 화염 제거 후의 배터리 내부 반응을 살피기 위하여 열원으로부터 배터리를 격리시킬 수 있고, 배터리의 연소에 따른 재 또는 플라스틱 등의 고분자물질이 연소노즐(100)에 떨어져 연소기(110) 또는 노즐홀(112)이 막히는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상기 프레임부(20)의 하부에는 상기 배터리 연소시험장치를 이동시키기 위한 복수의 휠구동부(30)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 연소시험 장치는 복수의 금속소재로 이루어진 연소노즐(100)을 포함할 수 있으므로 시험장치의 이동이 용이하지 않을 수 있다. 따라서, 상기 휠구동부(30)에 의하여 필요에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 연소시험장치를 이동시킬 수 있다.
다음으로, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 연소시험 장치의 시스템구성도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 연소시험 장치의 열교환장치부(70)를 도시한 도면이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 연소시험장치는 화염을 제공하기 위한 연료로 LPG(liquefied petroleum gas)를 사용할 수 있다. 일반적으로 프로판가스(liquefied propane gas)로 알려진 LPG는 석유 채굴 시 유전에서 원유와 함께 분출되는 천연가스를 약 －200℃에서 냉각, 혹은 상온에서 7~10기압의 고압으로 압축하여 액화시킨 연료로서, LPG의 주성분은 프로판(C3H8) 이외에 프로필렌(C3H6), 부탄(C4H10), 부틸렌 등을 포함할 수 있다. LPG는 액화ㆍ기화가 용이하고, 기체가 액체로 변하면 체적이 작고, 발열량이 다른 연료에 비해 높아 배터리 연소 시험에 적합한 연료로 사용될 수 있다. 상기 연료공급부(50)는 상기 연소노즐모듈(11)의 각각에 개별적으로 상기 연료를 공급하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 연소시험 장치는 유량제어부(60)를 더 포함할 수 있다. 유량제어부(60)를 통하여 배터리 연소 시험을 위한 연소노즐장치부(10) 전체에 고른 화력을 제공할 수 있다. 상기 유량제어부(60)는 상기 LPG를 상기 연소노즐장치부(10) 로 약 150-250 kg/h가 공급되도록 할 수 있다. 상기 유량이 150 kg/h 미만인 경우 노즐홀(112)을 통하여 분사되는 가스의 압력이 낮아 충분한 화력을 얻을 수 없으며, 250 kg/h를 초과하는 경우 노즐홀(112)을 통하여 분사되는 가스의 압력이 지나치게 높아 연소기(110)의 통공(111)을 통하여 공급되는 공기와 충분히 혼합될 수 없다. 본 발명의 실시예에 따른 바람직한 LPG공급 유량은 약 190-210 kg/h이다. 다만, 상기 연소노즐장치부(10) 를 이루는 연소노즐(100) 등의 규격을 고려할 경우, 상기 LPG공급 유량은 약 200 kg/h인 것이 가장 바람직하다.
상기 유량제어부(60)는 효율적인 LPG유량 제어를 위하여 공압식 비례제어기를 포함하여 구성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 연소시험 장치의 연료공급부(50)는 LPG를 연소노즐장치부(10)에 공급하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 연소 시험장치는 짧은 시간에 배터리 시험에 적합한 온도에 이를 수 있어야 하며, 일정시간 고온이 유지되어야 하므로, 연료공급부(50)로부터 공급되는 LPG 자체의 낮은 온도에 따른 연소노즐장치부(10)의 냉각을 방지하기 위하여 LPG를 약 10-25℃ 로 상기 연소노즐모듈(11)로 공급할 수 있도록 열교환장치부(70)를 더 포함할 수 있다. 열교환장치부(70)는 상기 유량제어부(60)와 상기 연료공급부(50) 사이에 구비될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 연소시험 장치가 작동하기 위한 외부 구조물을 도시한 도면이다. 자동차 배터리 연소시험의 경우 화염에 의한 연소 이외에 복사열에 따른 열에너지가 외부 기온 등에 영향을 받지 않도록 실내환경(indoor)에서 실시되는 것이 바람직하다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 연소시험 장치에 있어서 연소온도의 측정이 이루어지는 부분을 표시한 도면이고, 도 8는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 연소시험 장치의 시간 변화에 따른 연소온도 측정값을 나타내는 그래프이다.
<실시예>
노즐홀: 직경 2.4 mm
연소기의 중심축 이격거리: 75mm
연소노즐장치부를 구성하는 연소노즐 개수: 625 EA
LPG공급유량: 약 200kg/h
LPG공급온도: 약 15℃
연소온도 측정 높이: 연소노즐장치부 상단으로부터 35cm - (25 mm ± 10 mm)
연소온도 측정 위치: T1, T2, T3, T4, T5 (도 7 참조)
본 발명의 실시예에 따른 배터리 연소시험 장치의 시간 변화에 따른 연소온도 측정
구분 800℃ 도달시간
(초)		 800℃ 도달 후 2분간
최대온도(℃) 최소온도(℃) 평균온도(℃)
T 1 10 938 810 914
T 2 12 966 827 917
T 3 14 952 811 901
T 4 13 937 805 905
T 5 12 922 816 892
상기 표 2 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 연소시험 장치는 연소온도 측정을 위한 5개의 부분에서 모두 14초 이내 배터리 연소를 위한 최소 온도인 800℃를 초과한 것을 확인할 수 있다. 또한, 배터리 연소를 위한 2분의 시간 동안 약 890-920℃ 범위의 온도를 유지한 것을 확인할 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따른 배터리 연소시험 방법은 상기 실시예에 따른 배터리 연소시험 장치를 통하여 실시할 수 있다. 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 연소시험 방법의 순서도이다. 먼저, 상기 연소노즐장치부(10) 상부 중심에 상기 시험대상 배터리를 거치하는 단계를 실시한다(S100). 배터리는 연소노즐장치부(10) 상부에 직접 거치되거나 또는 상기 배터리이송장치(40)에 거치될 수 있다. 다음으로, 상기 유량제어부(60)를 통하여 상기 연료공급부(50)로부터 상기 각각의 연소노즐모듈(11)로 상기 연료를 공급한다(S110). 연료의 공급은 상기 유량제어부(60)를 통하여 제어되어 연소노즐모듈(11) 각각으로 공급되므로 연소노즐장치부(10) 전체적으로 균일한 화염을 발생할 수 있다. 다음으로, 상기 연소노즐장치부(10)에 구비된 상기 점화장치에 의하여 상기 연소노즐(100)에 존재하는 상기 연료와 공기의 혼합물을 점화한다(S120). 다량의 가스가 분출되고, 고온의 화염이 발생하므로 점화를 위한 불꽃을 제공하는 점화용 램프가 상기 연소노즐장치부(10)의 일측에 구비될 수 있다. 상기 램프는 점화용 불꽃을 제공하기 위하여 상기 배터리 연소시험 장치와는 독립적으로 구비될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 배터리 연소시험 방법은 약 1 내지 30분 동안 상기 시험대상 배터리를 연소시키는 단계를 포함한다 (S130). 시험을 위한 연소는 대략 2분 정도 소요되나, 필요에 따라 연소시간을 결정할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 연소는 연속적이거나 단속적으로 이루어질 수 있다. 마지막으로, 상기 연소시간을 경과한 후 상기 시험대상 배터리를 상기 연소노즐장치부(10) 와 이격시키게 된다(S140). 배터리의 직접 연소에 따른 변화를 관찰한 이후라도 배터리 내부 및 외부가 지속적으로 연소될 수 있으므로, 화염을 제거한 이후의 배터리 자체의 연소에 따른 영향만을 관찰할 수 있도록 연소노즐장치부(10) 로부터 격리하게 된다. 또한, 본 단계에 의하여 배터리의 연소에 따른 재 또는 플라스틱 등의 고분자물질이 연소노즐(100)에 떨어져 연소기(110) 또는 노즐홀(112)이 막히는 것을 방지할 수 있다.
본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims (13)

  1. 적어도 하나 이상의 연소노즐모듈을 포함하는 연소노즐장치부;
    상기 연소노즐장치부를 거치하기 위한 프레임부;
    상기 연소노즐장치부에 연료를 공급하기 위한 연료공급부; 및
    상기 연료공급부의 연료공급량을 제어하기 위한 유량제어부;를 포함하고,
    상기 연소노즐모듈은 복수의 연소노즐을 포함하고, 상기 복수의 연소노즐 중 서로 이웃하는 연소노즐은 소정의 거리로 이격되어 배치되고,
    상기 연소노즐은 상기 공급된 연료의 연소가 일어나는 통 형상의 연소기와 상기 연소기에 연결되어 연료를 공급하기 위한 통 형상의 연료공급관을 포함하고, 상기 연료공급관이 연결되는 상기 연소기의 일 측면에는 노즐홀이 형성되고, 상기 노즐홀에 이웃한 상기 연소기의 둘레에는 공기가 통과하기 위한 적어도 하나의 통공이 형성되고,
    상기 연료는 LPG이고, 배터리 연소시험 장치로서 상기 유량제어부와 상기 연료공급부 사이에 열교환장치부를 더 포함하고, 상기 열교환장치부는 상기 연료를 10-25℃ 로 상기 연소노즐모듈로 공급하고,
    상기 연소노즐모듈은 적어도 하나의 일렬로 배치된 서브 연소노즐모듈을 포함하고, 상기 연소노즐모듈은 4 내지 6개의 서브연소노즐모듈을 포함하고,
    상기 연소노즐모듈을 구성하는 서로 가장 가까이에 이웃하는 연소기 길이방향의 중심축 각각의 이격 거리는 60-80 mm 이고, 상기 노즐홀의 직경은 2.4-2.6 mm이고, 상기 통공의 직경은 8-12mm인 것을 특징으로 하는
    배터리 연소시험 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 프레임부는 상기 연소노즐장치부가 배치되는 제1 섹션과 상기 제1 섹션에 이웃하되 상기 연소노즐장치부가 배치되지 않는 제2 섹션부를 포함하고
    상기 제1 섹션 및 제2 섹션은 장방형으로 구성되는,
    배터리 연소시험 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 장치는 시험대상 배터리를 지지하여 이송시키기 위한 배터리이송장치를 더 포함하고,
    상기 프레임부는 상기 배터리이송장치를 이송시키기 위한 레일을 포함하고,
    상기 배터리이송장치는 상기 레일 상에서 상기 제1섹션과 상기 제2 섹션 사이에서 이동 가능하도록 구성되는,
    배터리 연소시험 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 프레임부의 하부에는 상기 배터리 연소시험장치를 이동시키기 위한 복수의 휠구동부를 포함하는,
    배터리 연소시험 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 연소기의 직경은 상기 연료공급관의 직경보다 크고, 상기 연소기의 길이방향의 중심축과 상기 연료공급관의 길이방향의 중심축은 서로 일치하는
    배터리 연소시험 장치.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 유량제어부는 공압식 비례제어기를 포함하고,
    상기 유량제어부는 상기 LPG를 상기 연소노즐장치부로 150-250 kg/h가 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는
    배터리 연소시험 장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 연료공급부는 상기 연소노즐모듈의 각각에 개별적으로 상기 연료를 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는
    배터리 연소시험 장치.
  12. 삭제
  13. 제1항에 따른 배터리 연소시험장치를 이용한 연소시험 방법에 있어서,
    상기 연소노즐장치부 상부 중심에 시험대상 배터리를 거치하는 단계;
    상기 유량제어부를 통하여 상기 연료공급부로부터 상기 각각의 연소노즐모듈로 상기 연료를 공급하는 단계;
    상기 연소노즐장치부에 구비된 점화장치에 의하여 상기 연소노즐에 존재하는 상기 연료와 공기의 혼합물을 점화하는 단계;
    1 내지 30분 동안 상기 시험대상 배터리를 연소시키는 단계; 및
    상기 연소시간을 경과한 후 상기 시험대상 배터리를 상기 연소노즐장치부와 이격시키는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는
    배터리 연소시험 방법.
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