KR102199513B1 - 배터리 모듈 자동소화시스템 및 이의 작동방법 - Google Patents
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Abstract
ESS(Energy Storage System)나 전기 자동차에 적용되는 배터리 모듈의 폭발에 따른 화재 확산을 방지하기 위한 배터리 모듈 자동소화시스템 및 이의 작동방법이 개시된다. 본 발명에 따른 배터리 모듈 자동소화 시스템은, 제어부와, 배터리 모듈 과열 시 발생하는 열복사 에너지로부터 상응하는 전기신호를 발생시켜 제어부에 출력하는 복사온도 감지기와, 배터리 모듈 내부 연소 시 연기와 화염에 포함된 고온의 이산화탄소로부터 상응하는 전기신호를 발생시켜 제어부에 출력하는 CO2 감지기와, 배터리 모듈 폭발 시 발생하는 충격을 감지하고 상응하는 전기신호를 발생시켜 제어부에 출력하는 충격파 감지기와, 제어부 통제에 따라 경보음을 발생시켜 외부에 출력하는 경보기 및 소화약제용기와 상기 제어부의 통제에 따라 작동되는 전동식 기동유닛으로 구성된 자동소화장치를 포함하며, 감지기들이 출력하는 신호의 조합과 신호가 검출된 시간에 따라 제어부의 통제로 경보기와 자동소화장치가 단계적으로 작동되는 것을 요지로 한다.
Description
본 발명은 배터리 모듈 자동소화시스템 및 이의 작동방법에 관한 것으로, 특히 ESS(Energy Storage System)나 전기 자동차에 적용되는 배터리 모듈의 폭발에 따른 화재 확산을 방지하는 배터리 모듈 자동소화시스템 및 이의 작동방법에 관한 것이다.
석탄 및 석유자원와 같은 화석 에너지 고갈과 이들이 유발하는 환경오염 문제를 해소하기 위하여 태양광, 풍력, 조력 그리고 지열 등을 이용한 신재생에너지 시스템이 전세계적으로 도입되는 추세에 있다. 그러나 태양광, 풍력 등의 신재생 에너지는 원하는 시간에 전력을 생산하기 어려우므로 생성된 전기에너지를 저장했다가 필요한 시간대에 사용하기 위해서는 에너지를 저장하기 위한 수단이 필요하며, 따라서 배터리를 대규모로 집적한 ESS (Energy Storage System, 에너지저장장치)는 신재생 에너지 시스템의 핵심적인 구성요소이다.
ESS는 다수의 단위 배터리 셀을 밀집하여 배터리 모듈을 구성하고, 이 배터리 모듈을 제한된 공간에 다량으로 설치함으로써 구성된다. 통상 배터리 모듈의 전기적 효율을 향상시키고, 충전 중의 과열을 감지하기 위한 배터리관리시스템 (BMS, Battery Management System)이 모듈내에 장착이 되어 상시 배터리 모듈의 온도를 감시하고 제어한다.
그럼에도 불구하고 여러 가지 이유 혹은 알려지지 않은 이유로 일부 배터리에서 과열이 발생한다. 과열된 배터리 내부 밀폐된 공간에서는 제어가 불가능한 화학작용이 일어나 열폭주 상태에 이르게 되며, 결국 폭발에 이어 화재가 발생한다. 그리고 연이어 인접한 배터리의 온도상승을 일으키고 연쇄적인 폭발로 이어진다.
배터리 화재는 이처럼 밀폐된 배터리 내부에서 일어나는 과열 및 화학작용이 주된 원인이며 배터리 모듈 케이스의 폭발을 수반한다. 그러나 CO2 및 고체에어로졸로 대표되는 기존 소화약제는 배터리 내부로 침투하지 못하며, 분사된 소화약제 대부분은 배터리 케이스 폭발에 의한 충격파로 화원(Fire source)으로부터 멀어져 폭발에 이은 화재에 효과적으로 대응할 수가 없다.
지금까지 알려진 탄화수소계열 및 전기 화재 시 소화지침은 화재초기에 화원에 소화약제를 집중 분사하여 화재가 확산되기 전에 소화를 하는 방식으로, 배터리 모듈 화재의 경우에는 이와는 전혀 다른 방식으로의 접근이 요구된다. 즉 기존의 방법으로는 배터리 내부로 소화약제를 분사해 배터리 내부의 화학작용을 제어하고 열폭주를 막는 것 자체가 불가능 하기 때문이다.
배터리 모듈이 적용되는 ESS나 전기차 배터리 모듈의 경우 협소한 공간과 연쇄폭발의 위험성이 커서 사람이 직접 소화를 하는 것은 매우 위험하다. 따라서 현재 ESS 및 전기자동차 배터리 모듈 화재의 경우 발화된 배터리 모듈을 소화시키는 것이 목적이 아니라, 폭발로 인한 화재가 인접한 건물이나 시설로 확산이 되는 것을 막는 목적으로 소방작업이 이루어지고 있으며, 이를 위해 자동소화시스템이 이용된다.
자동소화시스템은 화재가 감지되면 지정된 영역에 소화약제를 국부적으로 자동 분출시켜 화재를 초기 진압할 수 있도록 구성된 시스템을 말한다. 그 중 배터리와 관련된 자동소화시스템 기술로 배터리관리시스템(BMS)에 내장된 써미스터(Thermistor)를 이용한 온도측정 기능을 이용하여 배터리의 열폭주를 감지하고 감지 신호에 따라 소화기를 작동시키는 방법이 있다.
그러나 써미스터 방식의 종래 자동소화시스템은, 배터리 모듈의 과열로 써미스터나 BMS가 정상적으로 기능하지 않을 경우 소화기가 제대로 작동되지 않을 수 있다는 치명적인 문제가 있다.
이 외에도 배터리 모듈 폭발 시 발생하는 불꽃이나 연기를 감지하여 소화기를 작동시키는 방식도 알려져 있다. 그러나 이러한 방식은 감응시간이 5초 내외로 느리며, 특히 배터리 모듈 폭발 이전에 배터리 모듈 배기구를 통한 고온가스 및 화염분출에 반응하여 소화기를 미리 작동시킬 가능성이 높다는 단점이 있다.
또한 불꽃이나 연기를 감지하여 소화기를 작동시키는 방식은, 배터리 모듈 화재가 아닌 일반 목재나 유류 등의 탄화수소 화재에도 반응을 하기 때문에 소화기가 오작동될 가능성도 있어 배터리 모듈 소화장치로서의 신뢰성이 떨어진다는 단점이 있다. 이에 배터리 모듈 및 ESS의 화재에 효과적으로 대응할 수 있는 전용 소화시스템의 개발이 절실히 필요한 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 배터리 모듈 폭발에 따른 충격파가 소멸한 뒤 소화약제를 배터리 모듈에 집중적으로 분사해 다른 배터리 모듈의 과열 및 연쇄 폭발을 막아 대형 화재로 번지는 것을 차단할 수 있는 배터리 모듈 자동소화시스템 및 이의 작동방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 배터리 모듈에서 화재가 발생하는 단계적 특징을 시스템의 운영에 반영하여, 배터리 모듈의 화재가 아닌 일반 탄화수소 화재에 반응하는 것과 같은 오작동을 방지할 수 있으며, 소화기 작동시점을 명확하게 결정하여 배터리 모듈 화재에 적극 대처할 수 있는 배터리 모듈 자동소화시스템 및 이의 작동방법을 제공하고자 하는 것이다.
과제의 해결 수단으로서 본 발명의 일 측면에 따르면,
ESS(Energy Storage System)나 전기 자동차에 적용되는 배터리 모듈의 폭발에 따른 화재 확산을 방지하기 위한 자동소화시스템으로서,
제어부;
배터리 모듈 과열 시 발생하는 열복사 에너지로부터 상응하는 전기신호를 발생시켜 상기 제어부에 출력하는 복사온도 감지기;
배터리 모듈 내부 연소 시 연기와 화염에 포함된 고온의 이산화탄소로부터 상응하는 전기신호를 발생시켜 상기 제어부에 출력하는 CO2 감지기;
배터리 모듈 폭발 시 발생하는 충격을 감지하고 상응하는 전기신호를 발생시켜 상기 제어부에 출력하는 충격파 감지기;
상기 제어부 통제에 따라 경보음을 발생시켜 외부에 출력하는 경보기; 및
소화약제용기와 상기 제어부의 통제에 따라 작동되는 전동식 기동유닛으로 구성된 자동소화장치;를 포함하며,
상기 감지기들이 출력하는 신호의 조합과 신호가 검출된 시간에 따라 상기 제어부의 통제로 상기 경보기와 자동소화장치가 단계적으로 작동되는 배터리 모듈 자동소화시스템을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 모듈 자동소화시스템에 적용된 상기 제어부는 바람직하게, 상기 감지기들 각각이 발생시킨 전기신호를 증폭시키기 위해 감지기 각각에 대응하도록 구비되는 제1 내지 제 3 증폭기와, 상기 제1 내지 제3 증폭기 각각에 대응하도록 구비되어 증폭된 신호를 각각에 대응되는 설정값과 비교하는 제1 내지 제3 비교기와, 증폭된 신호가 각각이 대응되는 설정값을 초과한 시점의 시간을 기록하는 타임기록수단과, 설정값을 초과한 증폭 신호의 조합과 상기 타임기록수단에 기록된 시간 정보에 따라 상기 경보기와 자동소화장치의 작동을 제어하는 제어기를 포함하는 구성일 수 있다.
여기서, 상기 복사온도 감지기로부터 출력되고 증폭기에서 증폭된 신호(V1)가 대응되는 설정값(Vref_1)보다 크고, 증폭된 신호(V1)가 설정값(Vref_1)보다 큰 상태가 일정시간 이상 지속되면, 상기 제어부 통제로 경보기가 작동될 수 있다.
또한, 상기 복사온도 감지기로부터 출력되고 증폭기에서 증폭된 신호(V1)가 설정값(Vref_1)보다 큰 상태에서, 소정의 시간차를 두고 상기 CO2 감지기로부터 출력되고 증폭기에서 증폭된 신호(V2)가 대응되는 설정값(Vref_2)보다 큰 상태(충격파 감지기의 신호(V3)가 없거나 설정값(Vref_3) 이하이면서 V1 > Vref_1 & V2 > Vref_2인 상태)가 일정시간 이상 지속되면, 상기 제어부 통제로 상기 자동소화장치의 전동식 기동유닛이 기동하여 소화약제를 분출시킬 수 있다.
또한, 상기 복사온도 감지기로부터 출력되고 증폭기에서 증폭된 신호(V1)와 CO2 감지기의 신호로부터 출력되고 증폭기에서 증폭된 신호(V2)가 각각에 대응되는 설정값(Vref_1과 Vref_2)보다 큰 상태에서, 소정의 시간차를 두고 상기 충격파 감지기로부터 출력되고 증폭기에서 증폭된 신호(V3)가 대응되는 설정값(Vref_3)을 초과하면, 제어부 통제로 상기 자동소화장치의 전동식 기동유닛이 기동하여 소화약제를 분출시키도록 구성될 수 있다.
바람작하게, 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 모듈 자동소화시스템에 적용된 상기 충격파 감지기는, 배터리 모듈 폭발 시 발생하는 충격파의 에너지(압력에너지)로부터 그 에너지 크기에 대응되는 전압(전기신호)를 발생시켜 출력하는 마이크로폰 또는 압전소자일 수 있다.
과제의 해결 수단으로서 본 발명의 다른 측면에 따르면,
전술한 일 측면에 따른 배터리 모듈 자동소화시스템의 작동방법으로서,
a) 복사온도 감지기의 출력으로부터 배터리 모듈의 열폭주 상태 돌입 여부를 판단하는 단계;
b) 배터리 모듈이 열폭주 상태에 돌입한 것으로 판단되면, CO2 감지기의 출력으로부터 배터리 모듈의 화재 발생 여부를 판단하는 단계;
c) 배터리 모듈에서 화재가 발생한 것으로 판단되면, 충격파 감지기의 출력으로부터 배터리 모듈의 폭발 여부를 판단하는 단계; 및
d) 배터리 모듈의 화재 감지 후 배터리 모듈의 폭발이 발생한 것으로 판단되면, 자동소화장치의 전동식 기동유닛을 기동시켜 소화약제를 분출시키는 단계;를 포함하는 배터리 모듈 자동소화시스템의 작동방법을 제공한다.
바람직하게 상기 a) 단계에서는, 상기 복사온도 감지기로부터 출력되고 증폭기에서 증폭된 신호(V1)를 대응되는 설정값(Vref_1)과 비교하며, 증폭된 신호(V1)가 상기 설정값(Vref_1)보다 크면 배터리 모듈이 열폭주 상태인 것으로 판단할 수 있다.
여기서, 배터리 모듈의 열폭주 상태(V1 > Vref_1인 상태)가 일정시간 이상 지속되면 경보기를 작동시켜 위험 상황임을 인식시킬 수 있다.
그리고 상기 b) 단계에서는, 상기 CO2 감지기로부터 출력되어 증폭기에서 증폭된 신호(V2)가 설정값(Vref_2)보다 크고, 배터리 모듈이 열폭주 상태로 판단된 시점의 시간(t1)과 상기 신호(V2)가 설정값(Vref_2)을 초과한 시점의 시간(t2) 사이에 소정의 시간차가 발생하면, 배터리 모듈에서 화재가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
이때, 배터리 모듈의 화재 감지 상태(충격파 감지기의 신호(V3)가 없거나 설정값(Vref_3) 이하이면서 V1 > Vref_1 & V2 > Vref_2인 상태)가 일정시간 이상 지속되면 자동소화장치의 전동식 기동유닛을 기동시켜 소화약제를 분출시키도록 설정될 수 있다.
또한 상기 c) 단계에서는, 상기 충격 감지기로부터 출력되어 증폭기에서 증폭된 신호(V3)가 설정값(Vref_3)보다 크고, CO2 감지기의 출력(V2)이 설정값(Vref_2)을 초과한 시점의 시간(t2)과 상기 신호(V3)가 설정값(Vref_3)을 초과한 시점의 시간(t3) 사이에 소정의 시간차가 발생하면, 배터리 화재에 의한 배터리 폭발로 판단하여 상기 d) 단계 프로세스가 실행되도록 설정될 수 있다.
이상의 본 발명의 실시 예에 의하면, 시간에 따라 단계적으로 발현되는 배터리 화재의 특징(시간 경과에 따라 과열 -> 화재 -> 폭발로 이어지는 배터리 화재 특징)을 고려해 배터리 모듈 폭발에 따른 충격파가 발생한 뒤 소화약제를 분출시키는 효과적인 소화 전략을 구사한다. 그 결과 다른 배터리 모듈의 과열 및 연쇄 폭발을 막아 대형 화재로 번지는 것을 확실하게 차단할 수 있다.
또한, 시간에 따라 단계적으로 발현되는 배터리 화재의 특징을 고려한 작동 매커니즘을 따라 작동이 구현됨으로써, 배터리 모듈의 화재가 아닌 일반 탄화수소 화재에 반응을 하지 않는 장점이 있다. 즉 시스템 오작동이 방지되어 장치 신뢰도를 높일 수 있고, 배터리 화재를 효과적으로 진압할 수 있는 최적의 작동시점을 정확하게 결정하여 자동소화장치가 작동되는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 자동소화시스템의 시스템 개략도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 자동소화시스템의 작동방법 설명을 위한 작동 순서도.
도 3은 구체적인 작동방법 설명을 위한 제어 흐름도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 자동소화시스템의 작동방법 설명을 위한 작동 순서도.
도 3은 구체적인 작동방법 설명을 위한 제어 흐름도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명을 설명함에 있어서 이하 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, 본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
더하여, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일도면 참조부호를 부여하기로 하며 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 자동소화시스템의 시스템 개략도로서, 이를 참조하여 배터리 모듈 자동소화시스템의 전체적인 구성에 대해 살펴보기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 자동소화시스템은 ESS(Energy Storage System)나 전기 자동차에 적용되는 배터리 모듈의 폭발에 따른 화재 확산을 방지하기 위한 것으로, 복사온도 감지기(20), CO2 감지기(30), 충격파 감지기(40)를 포함한다. 또한 경보기(50) 및 자동소화장치(60)와, 감지기들의 감지신호를 바탕으로 경보기(50)와 자동소화장치(60)를 제어하는 제어부(10)를 구비한다.
복사온도 감지기(20)는 배터리 모듈의 열폭주를 감지하기 위한 것으로, 배터리 모듈 과열 시 발생하는 열복사 에너지로부터 상응하는 전기신호를 발생시켜 제어부(10)에 출력한다. 배터리 모듈이 열폭주 상태에 돌입하면 온도가 급상승하면서 강한 열복사 에너지가 방출된다. 이때 방출되는 열복사 에너지를 복사온도 감지기(20)가 흡수하여 상승된 온도에 대응하는 열기전력을 발생시키는 것이다.
복사온도 감지기(20)는 예를 들어, 8 ~ 14㎛ 통과 광대역 광학창을 가지는 써모파일(Thermopile) 형식의 감지기일 수 있다. 여기서 써모파일(Thermopile) 형식의 복사온도 감지기는 하나의 웨이퍼(Wafer) 상에 대수의 써모커플(Thermo couple, 한 쪽 접촉점과 반대편 다른 접촉점의 기전력의 크기로 온도를 측정하는 원리의 열전대)을 배치시킨 형태의 감지지기일 수 있다.
복사온도 감지기(20)의 열기전력은 제1 증폭기(11)를 통해 증폭이 되며, 증폭된 신호(V1, 전압)는 제1 비교기(12)에 전달된다. 그리고 제1 비교기(12)에서 배터리 모듈의 열폭주 상태 판정 기준 전압인 설정값(Vref_1, 문턱 기준전압)과 비교하는 과정을 거친다. 열폭주로 인해 배터리 모듈이 과열되면, V1이 Vref_1 보다 커지므로 제어부(10)는 이를 바탕으로 배터리 모듈이 과열되었음을 인식한다.
즉 복사온도 감지기(20)로부터 출력되고 제1 증폭기(11)에서 증폭된 상기 V1이 열폭주 상태 판정 기준인 상기 Vref_1보다 크면 배터리 모듈이 과열된 것으로 인식하는 것이며, 그러한 상태(V1 > Vref_1인 상태)가 일정시간(경보기(50)를 작동시키기 위한 판정 기준 시간) 이상 지속되면, 제어부(10)는 경보기(50)를 작동시켜 배터리 모듈의 상태가 위험 상황임을 경고한다.
배터리 모듈의 열폭주 상태가 지속되면, 배터리 모듈 화재 시나리오 상 두 번째 단계인 수 초에서 수 분 후에 배터리 모듈 내부 연소가 시작되며, 이로 인해 고온의 연소 연기와 화염이 배터리 모듈의 배기구를 통해 방출된다. 이때 연기와 화염은 매우 뜨거운 이산화탄소를 포함하고 있으며, 고온의 이산화탄소는 4.26㎛ 대역의 적외선 복사에너지를 방출한다.
참고로, 배터리 모듈 화재 시나리오는 일반 화재와는 다르게 시간에 따라 하기와 같이 단계적으로 발현되는 배터리 화재 특유의 화재 발현 특징을 의미한다.
1단계: 과충전, 과열, 충격 등에 의한 배터리 열폭주상태 돌입
2단계: 수 초 ~ 수 분 후 배터리 모듈 상부의 배기구를 통한 고온가스의 고속 분출 및 수 초 ~ 수 분 후 배터리 배기구를 통한 화염분출
3단계: 수 초 ~ 수 분 후 배터리 폭발 및 화재
여기서, 단계별 시간은 배터리 모듈의 용량이나 설치 환경 등에 따라 달라질 수 있으므로 특정 수치로 한정되는 것은 아니며, 배터리의 용량이나 설치 환경 등을 고려한 반복적인 실험이나 동일 모사 환경에서의 반복적 시뮬레이션을 통해 도출된 시간의 평균값으로 적용될 수 있다.
본 실시 예에 적용된 CO2 감지기(30)는 이처럼 열폭주 이후 연소 단계에서 발생하는 고온 이산화탄소를 감지하여 배터리 모듈의 화재 발생을 판단함에 있어 중요한 정보를 제공하는 역할을 하는 것으로, 배터리 모듈 내부 연소 시 연기와 화염에 포함된 고온의 이산화탄소로부터 상응하는 전기신호를 발생시켜 상기 제어부(10)에 출력한다.
CO2 감지기(30)는 앞서 언급했듯이, 배터리 모듈 화재 시 발생하는 연소 연기와 화염에 포함된 고온의 이산화탄소, 좀 더 구체적으로는 고온의 이산화탄소가 방출하는 적외선 복사에너지를 흡수하여 기전력을 발생시킨다. 이러한 CO2 감지기(30)는 예를 들어, 4.26 ㎛ 통과 협대역 광학창을 가지는 써모파일(Thermopile) 형식의 감지기일 수 있다.
참고로, 여기서의 써모파일(Thermopile) 형식의 CO2 감지기 또한 하나의 웨이퍼(Wafer) 상에 대수의 써모커플(Thermo couple) 형태의 CO2 감지기를 배치시킨 구성의 CO2 감지기를 의미한다.
CO2 감지기(30)의 열기전력은 제2 증폭기(13)를 통해 충분한 크기로 증폭이 되며, 증폭된 신호(V2, 전압)는 제2 비교기(14)에 전달된다. 그리고 제2 비교기(14)에서 배터리 모듈의 화재 판정 기준 전압인 설정값(Vref_2, 문턱 기준전압)과 비교하는 과정을 거친다. 화재로 인해 고온의 이산화탄소가 방출되면 V2가 Vref_2 보다 커지므로, V2을 Vref_2와 비교하여 화재 여부를 판단할 수 있다.
바람직하게는, 배터리 모듈이 열폭주에 돌입된 상태(V1 > Vref_1인 상태)에서, 소정의 시간차(수 초에서 수 분)를 두고 CO2 감지기(30)로부터 출력되어 제2 증폭기(13)에서 증폭된 상기 V2가 화재 판정 기준인 상기 Vref_2를 초과하면(V1 > Vref_1 & V2 > Vref_2), 제어부(10)는 배터리 모듈에 화재가 발생한 것으로 인식하게 된다.
이때 제어부(10)는 상기 V1 > Vref_1 & V2 > Vref_2인 상태, 좀 더 구체적으로는 충격파 감지기의 신호(V3)가 없거나 설정값(Vref_3) 이하이면서, V1 > Vref_1 & V2 > Vref_2인 상태가 일정시간 이상 지속되면(과열로 인해 배터리 모듈에 화재가 발생하였으나 배터리 모듈의 폭발까지는 이어지지 않은 경우), 제어부(10)는 다른 배터리 모듈로의 화재 확산을 방지하는 차원에서 소정의 화재 확산 제어를 실행한다.
소정의 화재 확산 제어는 자동소화장치(60)의 작동과 관련한 제어일 수 있다. 구체적으로는, V1 > Vref_1 & V2 > Vref_2인 상태가 일정시간(자동소화장치를 작동시키기 위한 판정 기준 시간) 이상 지속될 경우, 제어부(10)가 자동소화장치(60)의 전동식 기동유닛(도시 생략)을 통해 소화약제용기(도시 생략)를 개방시킴으로써 소화약제가 분출되도록 하는 제어일 수 있다.
참고로, 전동식 기동유닛과 소화약제용기를 포함하는 상기 자동소화장치(60)는 대한민국등록특허 제10-1163005호(등록일 2012.06.29.)나 대한민국등록특허 제10-2059585호(등록일 2019.12.19.) 등을 비롯해 관련 기술분야의 여러 문헌을 통해 다양한 양태로 공지된 기술이 적용될 수 있으며, 따라서 이에 대한 자세한 설명은 이하 생략하기로 한다.
목재 및 유류 화재와 같은 일반적인 화재의 경우, 국부적인 가열에 의해 발화가 되면 화염의 성장에 따라 열복사 에너지 방출과 고온의 이산화탄소 생성이 거의 동시에 일어나지만, 배터리의 화재의 경우 열폭주로 인한 배터리 과열-과열로 인한 배터리 화재 순으로 발생하기 때문에, 열복사 에너지 방출과 고온의 이산화탄소 생성이 소정의 시간차를 두고 발생하는 특성이 있다.
본 발명은 이처럼 열복사 에너지 방출과 고온의 이산화탄소 생성이 소정의 시간차를 두고 발생하는 배터리의 화재 특성을 이용하여 배터리 화재 여부를 인식한다. 따라서 본 발명에 따른 자동소화시스템은 목재 및 유류 화재와 같은 일반적인 화재에는 반응을 하지 않는다. 즉 배터리 모듈의 화재가 아닌 일반 탄화수소 화재에는 반응하지 않으므로 오작동이 명확하게 방지된다.
배터리 모듈의 과열이 감지되고 소정의 시간차(수 초에서 수 분)를 두고 고온 이산화탄소 방출이 감지된 상태, 즉 V1 > Vref_1인 상태에서 수 초에서 수 분 후 V2 > Vref_2가 된 상태는, 배터리 모듈 과열로 배터리 팩 내부에서 구성 물질이 연소되는 상황이긴 하지만, 배터리 모듈이 아직 폭발을 일으키지는 않은 상황으로 연소 또는 화재가 배터리 모듈 내부로 제한된 상태이다.
이러한 상태에서 자동소화장치(60)를 작동시켜 소화약제를 분출시키는 것은 효과적인 소화전략은 아니다. 배터리 모듈 구조상 분출된 소화약제는 단순히 배터리 모듈 주변에 머물게 되는데, 이후에 배터리 모듈이 폭발하면 그 폭발 충격에 의해 소화약제가 주변의 공간으로 비산되므로 화원인 배터리 모듈 주변의 소화약제 농도가 희박해져 소화 효과가 거의 없기 때문이다
효과적인 소화 전략은 문제가 발생된 배터리 모듈이 폭발한 이후에 소화약제를 분사함으로써 화재가 주변의 다른 배터리 모듈이나 구조물에 확산되는 것을 방지하는 것이다. 다만 배터리 모듈이 열폭주에 따라 과열되고 내부 연소(화재 발생)로 고온 이산화탄소가 지속적으로 배출되지만 폭발까지는 이어지지 않는 유형의 화재에 대해서도 대응할 필요가 있다.
본 발명은 이러한 폭발 유형(배터리 모듈이 과열되고 내부 연소로 고온 이산화탄소가 지속적으로 배출되지만 폭발까지는 이어지지 않는 유형)에 대비하여, 폭발 없이 화재 감지 상태(V1 > Vref_1인 상태에서 수 초에서 수 분 후 V2 > Vref_2가 된 상태)가 일정시간(자동소화장치를 작동시키기 위한 판정 기준 시간) 지속되면, 소화약제가 분출되도록 전동식 기동유닛을 작동시켜 화재 확산을 방지하는 것이다.
배터리 모듈의 폭발을 확인하는 효과적인 방법은 배터리 모듈의 폭발에 따른 충격파를 감지하는 것이며, 본 실시 예에 적용된 상기 충격파 감지기(40)가 그 역할(배터리 모듈 폭발에 따른 충격판 감지하는 역할)을 한다. 이러한 충격파 감지기(40)는 배터리 모듈 폭발 시 발생하는 충격을 감지하고 상응하는 전기신호를 발생시켜 상기 제어부(10)에 출력한다.
본 실시 예에 적용된 충격파 감지기(40)는 바람직하게, 마이크로폰이나 압전소자일 수 있다. 즉 상기 충격파 감지기(40)는 배터리 모듈 폭발에 따라 충격파가 발생하면, 발생된 충격파에 포함된 에너지(압력에너지)로부터 그 에너지 크기에 상응하는 전압(전기신호)를 발생시켜 출력하는 원리의 마이크로폰이나 압전소자가 바람직하다.
참고로, 본 실시 예에 적용된 충격파 감지기(40)는 일반적으로 기체 역학에서의 충격판(Shock wave)와는 다른 의미의 충격파를 감지하는 것으로서, 기체 역학 용어로서의 충격파가 음속보다 빠르게 전파되는 것인데 반해, 본 발명에서의 충격파는 급격한 압력의 변화가 빠르게 전파되는 것을 의미할 뿐 음속보다 빠른 전파속도를 한정하는 것은 아니다.
충격파 감지기(40)의 출력은 제3 증폭기(15)를 통해 충분한 크기로 증폭된다. 그리고 그 증폭된 신호(V3, 전압)는 제3 비교기(16)에 전달되며, 제3 비교기(16)에서 배터리 모듈의 폭발 판정 기준 전압인 설정값(Vref_3, 문턱 기준전압)과 비교하는 과정을 거친다. 배터리 모듈이 폭발하면 상기 V3가 Vref_3보다 커지므로 제어부(10)는 V3> Vref_3가 되면 배터리 모듈에서 폭발이 발생한 것으로 인식할 수 있다.
좀 더 구체적으로는, V1 > Vref_1 & V2 > Vref_2인 상태에서, 소정의 시간차(수 초에서 수 분)를 두고 충격파 감지기(40)로부터 출력되고 증폭기에서 증폭된 신호(V3)가 대응되는 설정값(Vref_3)을 초과하면, 배터리 화재 시나리오(열폭주에 따른 과열 -> 수 초에서 수 분 후 고온 이산화 탄소 발생 -> 수 초에서 수 분 후 충격파 발생)에 따라 배터리 모듈이 폭발한 것으로 인식한다.
이 경우(V1 > Vref_1 & V2 > Vref_2인 상태에서 소정의 시간차를 두고 V3 > Vref_3가 된 상태) 제어부(10)는 상기 자동소화장치(60)의 전동식 기동유닛을 기동시켜 소화약제용기로부터 소화약제가 분출되도록 한다.
즉 배터리 화재 시나리오에 따른 배터리 모듈의 폭발로 인식되면, 제어부(10)는 자동소화장치(60)를 작동시킴으로써 폭발에 따른 화재가 주변의 다른 배터리 모듈이나 구조물에 확산되지 않도록 하는 것이다.
만약 충격파 감지기(40)의 출력이 설정값을 초과(V3 > Vref_3)한 상태이나, CO2 감지기(30)의 출력이 배터리 모듈의 화재로 인식할 수 있는 수준에 미치지 못한 상태인(V2 < Vref_2) 경우라면 배터리 모듈의 화재에 따른 폭발로 인식하지 않는다(자동소화장치를 작동시키지 않음). 이는 배터리 모듈의 기계적인 충격과 진동, 또는 주변의 소음에 따른 결과이기 때문이다.
이처럼 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 자동소화시스템은, 감지기들(복사온도 감지기(20), CO2 감지기(30), 충격파 감지기(40))이 출력하는 신호의 조합과 신호가 검출된 시간에 따라 제어부(10)의 통제로 경보기(50)와 자동소화장치(60)가 단계적으로 작동되는 매커니즘을 갖는다. 즉 배터리에서 화재가 발생하는 단계적 특징(배터리 화재 시나리오)을 이용하여 화재에 대응할 수 있도록 구성된다.
이에 따라 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 자동소화시스템은, 배터리 모듈의 화재가 아닌 일반 탄화수소 화재에는 반응을 하지 않는다. 즉 시스템 오작동이 확실하게 방지되므로 장치 신뢰도를 높일 수 있고, 배터리 화재를 효과적으로 진압할 수 있는 최적의 작동시점을 정확하게 결정하여 소화기(자동소화장치(60))를 작동시키므로 화재 확산을 방지할 수 있다.
여기서, ESS나 전기자동차에서 배터리 모듈의 화재가 아닌 일반 화재에 대해서는 종래 알려진 일반적인 자동소화장치로 대응하는 것이 바람직하다.
한편, 본 실시 예에 적용된 제어부(10)는 바람직하게, 전술한 제1 내지 제3 증폭기(11, 13, 15)와, 제1 내지 제3 비교기(12, 14, 16)를 포함한다. 제1 내지 제3 증폭기(11, 13, 15)는 복사온도 감지기(20), CO2 감지기(30), 충격파 감지기(40) 각각이 발생시킨 전기신호를 증폭시킬 수 있도록 감지기(복사온도 감지기, CO2 감지기, 충격파 감지기) 각각에 하나씩 대응되어 전기적인 연결을 이루도록 구비될 수 있다.
제1 내지 제3 비교기(12, 14, 16)는 제1 내지 제3 증폭기(15) 각각에 대응하도록 구비되어 해당 증폭기를 통해 소정의 크기로 증폭된 신호(V1, V2, V3)를 제공받고, 제공받은 신호(V1, V2, V3) 각각에 대응하여 설정된 설정값(Vref_1, Vref_2, Vref_3, 기 입력된 문턱전압)과 비교하는 역할을 한다. 그리고 비교 결과를 경보기(50)와 자동소화장치(60)의 작동을 제어하는 제어기(18)에 전달한다.
제어기(18)는 설정값을 초과한 증폭 신호의 조합과 증폭 신호가 설정값을 초과한 시점의 시간 정보를 바탕으로 전술한 경보기(50)와 자동소화장치(60)의 작동을 제어한다. 여기서 시간 정보는 타임기록수단(17), 예컨대 타이머로부터 출력될 수 있다. 좀 더 구체적으로, 타임기록수단(17)은 증폭된 신호가 각각이 대응되는 설정값을 초과한 시점의 시간을 기록하여 제어기(18)에 전달한다.
예를 들어, 복사온도 감지기(20)에서 출력되고 제1 증폭기(11)에서 증폭된 신호(V1)가 제1 비교기(12)의 설정값(Vref_1)을 초과하는 경우, V1이 Vref_1를 초과한 시점의 시간을 상기 타임기록수단이 기록하는 것이며, V1이 Vref_1를 초과한 시점부터 일정시간(전술한 경보기(50)를 작동을 위한 판정 기준 시간)이 경과하면, 상기 제어기(18)의 통제로 경보기(50)가 작동됨으로써 외부에 화재 경고음이 출력되는 것이다.
이하 도 2 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 자동소화시스템의 작동방법에 대해 살펴보기로 한다. 설명의 편의를 위해 전술한 도 1에 도시된 구성은 해당 참조번호를 언급하여 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 자동소화시스템의 작동방법 설명을 위한 작동 순서도이며, 도 3은 구체적인 작동방법 설명을 위한 제어 흐름도이다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 자동소화시스템은 크게, 하기 4단계를 통해 작동이 구현될 수 있다.
S100 단계
복사온도 감지기(20)의 출력으로부터 배터리 모듈의 열폭주 상태 돌입 여부를 판단하는 단계
S200 단계
배터리 모듈이 열폭주 상태에 돌입한 것으로 판단되면, CO2 감지기(30)의 출력으로부터 배터리 모듈의 화재 발생 여부를 판단하는 단계
S300 단계
배터리 모듈에서 화재가 발생한 것으로 판단되면, 충격파 감지기(40)의 출력으로부터 배터리 모듈의 폭발 여부를 판단하는 단계
S400 단계
배터리 모듈의 화재 감지 후 배터리 모듈의 폭발이 발생한 것으로 판단되면, 자동소화장치(60)의 전동식 기동유닛을 기동시켜 소화약제를 분출시키는 단계
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 자동소화시스템의 작동에 대해 단계별로 좀 더 구체적으로 살펴보기로 한다.
S100 단계에서는 복사온도 감지기(20)로부터 출력되고 해당 증폭기(제1 증폭기(11))를 통해 증폭된 신호(V1)를 비교기(제1 비교기(12))에서 대응되는 설정값(Vref_1)과 비교하며, 증폭된 신호(V1)가 상기 설정값(Vref_1)보다 크면 배터리 모듈이 열폭주 상태인 것으로 인식한다. 열폭주로 인해 배터리 모듈이 과열되면 V1이 Vref_1 보다 커지기 때문이다.
즉 복사온도 감지기(20)로부터 출력되고 제1 증폭기(11)에서 증폭된 상기 V1이 열폭주 상태 판정 기준인 상기 Vref_1보다 크면 배터리 모듈이 과열된 것으로 인식하는 것이며, 그러한 상태(V1 > Vref_1인 상태)가 일정시간(경보기를 작동시키기 위한 판정 기준 시간) 이상 지속되면, 제어부(10)는 경보기(50)를 작동시켜 배터리 모듈의 상태가 위험 상황임을 인식시킨다(S150).
배터리 모듈의 열폭주 상태가 지속되면, 전술한 배터리 모듈의 화재 시나리오 상 두 번째 단계인 수 초에서 수 분 후에 배터리 모듈 내부 연소가 시작된다. 이 경우 고온의 연소 연기와 화염이 배터리 모듈의 배기구를 통해 방출된다. 이때 연기와 화염은 매우 뜨거운 이산화탄소를 포함하고 있으며, 고온의 이산화탄소는 4.26㎛ 대역의 적외선 복사에너지를 방출한다.
따라서 배터리 모듈이 열폭주에 상태에 돌입한 것이 확인되면, 열폭주 돌입 시점(V1 > Vref_1인 시점)의 시간(t1)을 기록하고, S200 단계에서 열폭주 돌입 시점(V1 > Vref_1인 시점)부터 소정의 시간차(수 초에서 수 분)를 두고 연소 연기와 화염이 배터리 모듈의 배기구를 통해 방출되는지 CO2 감지기(30)를 이용하여 감시함으로써 화재 발생 여부를 모니터링 한다.
S200 단계에서는 바람직하게, CO2 감지기(30)로부터 출력되어 증폭기에서 증폭된 신호(V2)가 설정값(Vref_2)보다 크면서, 배터리 모듈이 열폭주 상태로 판단된 시점의 시간(t1)과 상기 신호(V2)가 설정값(Vref_2)을 초과한 시점의 시간(t2) 사이에 소정의 시간차(수 초에서 수 분)가 발생하면, 배터리 모듈에서 화재가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
배터리 모듈의 과열이 감지되고 소정의 시간차(수 초에서 수 분)를 두고 고온 이산화탄소 방출이 감지된 상태, 즉 V1 > Vref_1 & V2 > Vref_2V2 > Vref_2인 상태는, 배터리 모듈 과열로 배터리 팩 내부에서 구성 물질이 연소되는 상황이긴 하지만, 배터리 모듈이 아직 폭발을 일으키지는 않은 상황으로 연소 또는 화재가 배터리 모듈 내부로 제한된 상태임을 의미한다.
이러한 상태에서 자동소화장치(60)를 작동시켜 소화약제를 분출시키는 것은 효과적인 소화전략이 아니다. 배터리 모듈 구조상 분출된 소화약제는 단순히 배터리 모듈 주변에 머물게 되는데, 이후에 배터리 모듈이 폭발하면 그 폭발 충격에 의해 소화약제가 주변의 공간으로 비산되므로 화원인 배터리 모듈 주변의 소화약제 농도가 희박해져 소화 효과가 거의 없기 때문이다
효과적인 소화 전략은 화재가 발생된 배터리 모듈이 폭발한 이후에 소화약제를 분사하여 화재가 주변의 다른 배터리 모듈이나 구조물에 확산되는 것을 방지하는 것이다. 다만 배터리 모듈이 열폭주에 따라 과열되고 내부 연소(화재 발생)로 고온 이산화탄소가 지속적으로 배출되지만 폭발까지는 이어지지 않는 유형의 화재에 대해서도 대응할 필요가 있다.
본 발명은 배터리 모듈이 과열되고 내부 연소로 고온 이산화탄소가 지속적으로 배출되지만 폭발까지는 이어지지 않는 유형에 대비하여, 폭발 없이 화재 감지 상태(V1 > Vref_1 & V2 > Vref_2인 상태)가 일정시간(자동소화장치(60)를 작동시키기 위한 위한 판정 기준 시간) 이상 지속되면, 소화약제가 분출되도록 전동식 기동유닛을 작동시켜 화재가 확산되지 않도록 한다(S250).
만약, S200 단계에서 신호(V2)가 설정값(Vref_2)을 초과한 시점의 시간(t2) 시점의 시간(t2)과 전술한 t1, 즉 배터리 모듈이 열폭주 상태에 돌입한 것으로 판단된 시점의 시간 사이의 차이(t2 - t1)가 없으면, 배터리 문제로 인한 화재로 인식하지 않는다. 즉 t2 - t1가 수초 이내이면 배터리의 문제로 인한 화재가 아닌 일반 화재로 인식해 프로세스를 종료하거나 별도의 일반화재 진압용 자동소화장치를 작동시키기 위한 제어가 행해질 수 있다.
목재 및 유류 화재와 같은 일반적인 화재의 경우, 국부적인 가열에 의해 발화가 되면 화염의 성장에 따라 열복사 에너지 방출과 고온의 이산화탄소 생성이 거의 동시에 일어나지만, 배터리의 화재의 경우 열폭주로 인한 배터리 과열 후 배터리 화재가 발생하기까지 소정의 시간이 소요되기 때문이다. 즉 열복사 에너지 방출과 고온의 이산화탄소 생성이 소정의 시간차를 두고 발생하기 때문이다.
S300 단계에서는 상기 S100과 S200 단계를 통하여 열폭주로 인하여 배터리 모듈에 화재가 발생한 것으로 판단된 상태에서, 추가적인 충격파 감지기(40)의 출력값으로부터 배터리 모듈 화재에 따른 배터리 모듈의 폭발 여부를 판단하며, 판단 결과 배터리 모듈 화재에 따른 배터리 모듈의 폭발로 판단되면 S400 단계로 프로세스를 전환시킨다.
S300 단계에서는 바람직하게는, 충격 감지기로부터 출력되어 증폭기에서 증폭된 신호(V3)가 설정값(Vref_3)보다 크고, CO2 감지기(30)의 출력(V2)이 설정값(Vref_2)을 초과한 시점의 시간(t2)과 상기 신호(V3)가 설정값(Vref_3)을 초과한 시점의 시간(t3) 사이에 소정의 시간차가 발생하면, 배터리 화재에 의한 배터리 폭발로 판단한다.
즉 V1 > Vref_1 & V2 > Vref_2인 상태에서 소정의 시간차(수 초에서 수 분)를 두고 V3 > Vref_3가 인식되면, 배터리 모듈에 폭발이 발생한 것으로 인식하는 것이며, 이처럼 배터리 모듈 열폭주로 인하여 화재가 발생하고, 배터리 모듈 화재로 인하여 배터리 모듈 폭발이 발생한 것으로 판단되면, 상기 S400 단계로 전환하여 자동소화장치(60)를 작동시키는 것이다.
만약 충격파 감지기(40)의 출력이 설정값을 초과(V3 > Vref_3)한 상태이나, CO2 감지기(30)의 출력이 배터리 모듈의 화재로 인식할 수 있는 수준에 미치지 못한 상태인(V2 < Vref_2) 경우라면 배터리 모듈의 화재에 따른 폭발로 인식하지 않는다(본 발명에 적용된 자동소화장치를 작동시키지 않음). 이는 배터리 모듈의 기계적인 충격과 진동, 또는 주변의 소음에 따른 결과이기 때문이다.
이상의 본 발명의 실시 예에 의하면, 시간에 따라 단계적으로 발현되는 배터리 화재의 특징(시간 경과에 따라 과열 -> 화재 -> 폭발로 이어지는 배터리 화재 특징)을 고려해 배터리 모듈 폭발에 따른 충격파가 발생한 뒤 소화약제를 분출시키는 효과적인 소화 전략을 구사한다. 그 결과 다른 배터리 모듈의 과열 및 연쇄 폭발을 막아 대형 화재로 번지는 것을 확실하게 차단할 수 있다.
또한, 시간에 따라 단계적으로 발현되는 배터리 화재의 특징을 고려한 작동 매커니즘을 따라 작동이 구현됨으로써, 배터리 모듈의 화재가 아닌 일반 탄화수소 화재에 반응을 하지 않는 장점이 있다. 즉 시스템 오작동이 방지되어 장치 신뢰도를 높일 수 있고, 배터리 화재를 효과적으로 진압할 수 있는 최적의 작동시점을 정확하게 결정하여 자동소화장치가 작동되는 장점이 있다.
이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10 : 제어부
11 : 제1 증폭기
12 : 제1 비교기
13 : 제2 증폭기
14 : 제2 비교기
15 : 제3 증폭기
16 : 제3 비교기
17 : 타임기록수단
18 : 제어기
20 : 복사온도 감지기
30 : CO2 감지기
40 : 충격파 감지기
50 : 경보기
60 : 자동소화장치
11 : 제1 증폭기
12 : 제1 비교기
13 : 제2 증폭기
14 : 제2 비교기
15 : 제3 증폭기
16 : 제3 비교기
17 : 타임기록수단
18 : 제어기
20 : 복사온도 감지기
30 : CO2 감지기
40 : 충격파 감지기
50 : 경보기
60 : 자동소화장치
Claims (12)
- ESS(Energy Storage System)나 전기 자동차에 적용되는 배터리 모듈의 폭발에 따른 화재 확산을 방지하기 위한 자동소화시스템으로서,
제어부;
배터리 모듈 과열 시 발생하는 열복사 에너지로부터 상응하는 전기신호를 발생시켜 상기 제어부에 출력하는 복사온도 감지기;
배터리 모듈 내부 연소 시 연기와 화염에 포함된 고온의 이산화탄소로부터 상응하는 전기신호를 발생시켜 상기 제어부에 출력하는 CO2 감지기;
배터리 모듈 폭발 시 발생하는 충격을 감지하고 상응하는 전기신호를 발생시켜 상기 제어부에 출력하는 충격파 감지기;
상기 제어부 통제에 따라 경보음을 발생시켜 외부에 출력하는 경보기; 및
소화약제용기와 상기 제어부의 통제에 따라 작동되는 전동식 기동유닛으로 구성된 자동소화장치;를 포함하며,
상기 감지기들이 출력하는 신호의 조합과 신호가 검출된 시간에 따라 상기 제어부의 통제로 상기 경보기와 자동소화장치가 단계적으로 작동되되,
상기 복사온도 감지기로부터 출력되고 증폭기에서 증폭된 신호(V1)와 CO2 감지기의 신호로부터 출력되고 증폭기에서 증폭된 신호(V2)가 각각에 대응되는 설정값(Vref_1과 Vref_2)보다 큰 상태에서, 소정의 시간차를 두고 상기 충격파 감지기로부터 출력되고 증폭기에서 증폭된 신호(V3)가 대응되는 설정값(Vref_3)을 초과하면, 상기 제어부의 통제로 상기 자동소화장치의 전동식 기동유닛이 작동되어 소화약제용기로부터 소화약제가 분출되는 배터리 모듈 자동소화시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 감지기들 각각이 발생시킨 전기신호를 증폭시키기 위해 감지기 각각에 대응하도록 구비되는 제1 내지 제 3 증폭기와,
상기 제1 내지 제3 증폭기 각각에 대응하도록 구비되어 증폭된 신호를 각각에 대응되는 설정값과 비교하는 제1 내지 제3 비교기와,
증폭된 신호가 각각이 대응되는 설정값을 초과한 시점의 시간을 기록하는 타임기록수단과,
설정값을 초과한 증폭 신호의 조합과 상기 타임기록수단에 기록된 시간 정보에 따라 상기 경보기와 자동소화장치의 작동을 제어하는 제어기를 포함하는 배터리 모듈 자동소화시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 복사온도 감지기로부터 출력되고 증폭기에서 증폭된 신호(V1)가 대응되는 설정값(Vref_1)보다 크고, 증폭된 신호(V1)가 설정값(Vref_1)보다 큰 상태가 일정시간 이상 지속되면, 상기 제어부 통제로 경보기가 작동되는 배터리 모듈 자동소화시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 복사온도 감지기로부터 출력되고 증폭기에서 증폭된 신호(V1)와 CO2 감지기의 신호로부터 출력되고 증폭기에서 증폭된 신호(V2)가 각각에 대응되는 설정값(Vref_1과 Vref_2)보다 큰 상태에서, 소정의 시간차를 두고,
상기 CO2 감지기로부터 출력되고 증폭기에서 증폭된 신호(V2)가 대응되는 설정값(Vref_2)보다 큰 상태가 일정시간 이상 지속되는지 판단하여,
일정시간 이상 지속되면, 상기 제어부 통제로 상기 자동소화장치의 전동식 기동유닛이 기동되고 소화약제용기가 개방되어 소화약제가 분출되고,
일정시간 이상 지속되지 않으면, 상기 충격파 감지기로부터 출력되고 증폭기에서 증폭된 신호(V3)가 대응되는 설정값(Vref_3)을 초과하는지 판단하여, 초과하면 상기 제어부의 통제로 상기 자동소화장치의 전동식 기동유닛이 작동되어 소화약제용기로부터 소화약제가 분출되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 자동소화시스템.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 충격파 감지기는,
배터리 모듈 폭발 시 발생하는 충격파의 에너지(압력에너지)로부터 그 에너지 크기에 대응되는 전압(전기신호)를 발생시켜 출력하는 마이크로폰 또는 압전소자인 배터리 모듈 자동소화시스템.
- 제 1 항 내지 제 4 항, 제 6 항 중 어느 하나의 항에 기재된 배터리 모듈 자동소화시스템의 작동방법으로서,
a) 복사온도 감지기의 출력으로부터 배터리 모듈의 열폭주 상태 돌입 여부를 판단하는 단계;
b) 배터리 모듈이 열폭주 상태에 돌입한 것으로 판단되면, CO2 감지기의 출력으로부터 배터리 모듈의 화재 발생 여부를 판단하는 단계;
c) 배터리 모듈에서 화재가 발생한 것으로 판단되면, 충격파 감지기의 출력으로부터 배터리 모듈의 폭발 여부를 판단하는 단계; 및
d) 배터리 모듈의 화재 감지 후 배터리 모듈의 폭발이 발생한 것으로 판단되면, 자동소화장치의 전동식 기동유닛을 기동시켜 소화약제를 분출시키는 단계;를 포함하는 배터리 모듈 자동소화시스템의 작동방법.
- 제 7 항에 있어서,
상기 a) 단계에서는,
상기 복사온도 감지기로부터 출력되고 증폭기에서 증폭된 신호(V1)를 대응되는 설정값(Vref_1)과 비교하며, 증폭된 신호(V1)가 상기 설정값(Vref_1)보다 크면 배터리 모듈이 열폭주 상태인 것으로 판단하는 배터리 모듈 자동소화시스템의 작동방법.
- 제 8 항에 있어서,
배터리 모듈의 열폭주 상태(V1 > Vref_1인 상태)가 일정시간 이상 지속되면 경보기를 작동시켜 위험 상황임을 인식시키는 배터리 모듈 자동소화시스템의 작동방법.
- 제 7 항에 있어서,
상기 b) 단계에서는
상기 CO2 감지기로부터 출력되어 증폭기에서 증폭된 신호(V2)가 설정값(Vref_2)보다 크고, 배터리 모듈이 열폭주 상태로 판단된 시점의 시간(t1)과 상기 신호(V2)가 설정값(Vref_2)을 초과한 시점의 시간(t2) 사이에 소정의 시간차가 발생하면, 배터리 모듈에서 화재가 발생한 것으로 판단하는 배터리 모듈 자동소화시스템의 작동방법.
- 제 10 항에 있어서,
배터리 모듈의 화재 감지 상태(V1 > Vref_1 & V2 > Vref_2인 상태)가 일정시간 이상 지속되면 자동소화장치의 전동식 기동유닛을 기동시켜 소화약제를 분출시키는 배터리 모듈 자동소화시스템의 작동방법.
- 제 7 항에 있어서,
상기 c) 단계에서는,
상기 충격 감지기로부터 출력되어 증폭기에서 증폭된 신호(V3)가 설정값(Vref_3)보다 크고, CO2 감지기의 출력(V2)이 설정값(Vref_2)을 초과한 시점의 시간(t2)과 상기 신호(V3)가 설정값(Vref_3)을 초과한 시점의 시간(t3) 사이에 소정의 시간차가 발생하면, 배터리 화재에 의한 배터리 폭발로 판단하여 상기 d) 단계 프로세스가 실행되도록 하는 배터리 모듈 자동소화시스템의 작동방법.
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| KR1020200033959A KR102199513B1 (ko) | 2020-03-19 | 2020-03-19 | 배터리 모듈 자동소화시스템 및 이의 작동방법 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113673102A (zh) * | 2021-08-19 | 2021-11-19 | 东软睿驰汽车技术（沈阳）有限公司 | 一种电池包预测起火时间计算方法、装置及设备 |
| EP4329047A3 (en) * | 2022-08-23 | 2024-05-08 | Huawei Digital Power Technologies Co., Ltd. | Battery module and energy storage system |
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- 2020-03-19 KR KR1020200033959A patent/KR102199513B1/ko active IP Right Grant
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