KR102299443B1 - 소화수단을 구비한 이차전지팩 - Google Patents

소화수단을 구비한 이차전지팩 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 소화수단을 구비한 이차전지팩은, 복수 개의 배터리셀; 상기 배터리셀의 하단을 지지하는 하부홀더; 상기 배터리셀의 상단을 지지하는 상부홀더; 상기 배터리셀, 하부홀더 및 상부홀더를 수용하는 케이스; 및 상기 배터리셀에 의하여 발생되는 화재의 진압을 위한 소화수단;을 포함하고, 상기 소화수단은 소화약제 및 상기 소화약제를 수용하는 미세캡슐을 포함하도록 구성된다.

Description

소화수단을 구비한 이차전지팩{A BATTERY PACK HAVING FIRE EXTINGUISHING MEANS}
본 발명은 이차전지팩에 관한 것으로, 구체적으로는 내부에 미세캡슐로 구성된 소화수단을 구비한 이차전지팩에 관한 것이다.
최근에 화석연료의 고갈 염려 및 친환경 정책 등으로 인하여 전기로 구동되는 다양한 전기 구동 장치, 예컨대 전기자동차(Electric Vehicle), 전동식 퍼스널 모빌리티(Personal Mobility) 등이 개발되고 있다.
이러한 전기 구동 장치는 엔진 없이 배터리를 통한 전기에너지를 주 동력원으로 하고 있으며, 배출가스가 전혀 발생하지 않는다는 장점이 있다.
특히 배터리는 일반적으로 충방전이 가능한 이차전지팩을 사용하며, 이차전지팩 중 리튬 이차전지의 경우 종래의 납 축전지, 니켈-카드뮴 전지, 니켈-수소 전지, 니켈-아연 전지 등 다른 이차전지와 비교하여 단위 중량 당 에너지 밀도가 높고 급속 충전이 가능하므로 그 사용량이 증가 추세에 있다.
이러한 리튬 이차전지는 충전시 4.2V를 완충 전압, 방전시 2.5V를 완전방전 전압으로 설정되고, 상기 범위를 벗어날 경우 발열 및 열화현상이 가속화되고, 이로 인하여 유기 전해질이 발화하거나 분해되어 내부에 가스가 발생하여 폭발로 이어질 수 있다.
화재 원인으로는 제조결함, 관리부실, 설치 부주의 등이 지목되지만, 명확한 화재원인은 규명되지 않은 상황이다.
특히 리튬 이차전지에 화재가 발생할 경우 알카리 금속의 수분 반응 및 구조물 손상에 의해 화학 반응을 일으켜 화재가 빠르게 확산되고, 이로 인하여 분말소화 약제로는 쉽게 진압되지 않는 문제점이 있다.
따라서 리튬 이차전지에서 발생된 화재를 짧은 시간 내에 진압할 수 있거나, 화재가 확산되는 속도를 지연시킬 수 있는 기술의 개발이 필요한 상황이다.
한편, 하기 선행기술문헌은 배터리 셀에서 전해질이 유출되는 지를 감지하는 전해질 유출 감지부, 배터리 셀에 중화제를 분사하는 중화제 분사기 및 전해질 유출 감지부에서 감지된 감지값을 통해 전해질이 유출된 것으로 판단되면, 중화제 분사기를 제어하여 배터리 셀에 중화제를 분사하는 제어부를 포함하는 리튬이온 배터리에 대한 내용을 개시하고 있으며, 본 발명의 기술적 요지는 개시하고 있지 않다.
대한민국 공개특허공보 제10-2014-0064176호
본 발명의 일 실시예에 따른 소화수단을 구비한 이차전지팩은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 다음과 같은 해결과제를 목적으로 한다.
소화물질의 분사를 위한 별도의 분사장치가 필요하지 않기 때문에 이차전지팩의 소형화를 도모할 수 있으며, 나아가 높은 설계 자유도를 확보할 수 있는 이차전지팩을 제공하는 것이다.
나아가 배터리셀의 냉각효과를 극대화할 수 있으며, 연소 연쇄반응을 즉각적으로 차단할 수 있는 이차전지팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 소화수단을 구비한 이차전지팩은, 복수 개의 배터리셀; 상기 배터리셀의 하단을 지지하는 하부홀더; 상기 배터리셀의 상단을 지지하는 상부홀더; 상기 배터리셀, 하부홀더 및 상부홀더를 수용하는 케이스; 복수 개의 상기 배터리셀 사이에 배치되는 방열필름; 상기 배터리셀의 온도를 검출하는 온도센서; 상기 케이스 내부의 연기 발생을 감지하는 가스센서; 및 상기 배터리셀에 의하여 발생되는 화재의 진압을 위한 소화수단;을 포함하고, 상기 소화수단은 소화약제 및 상기 소화약제를 수용하는 미세캡슐을 포함하도록 구성되고, 상기 케이스 내부가 미리 설정된 온도에 도달할 경우, 상기 미세캡슐이 파열되어 상기 소화약제가 상기 케이스 내부에 진입하여 상기 케이스 내부의 냉각 또는 화재진압 중 적어도 하나를 수행하고, 상기 방열필름은 복수 개의 배터리셀 각각의 측면과의 접촉면적을 넓히기 위하여 복수 개의 굴곡부가 형성되고, 상기 소화수단은 상기 방열필름 내에 포함되고, 상기 온도센서가 검출한 온도가 미리 설정된 온도 이상이고, 상기 가스센서가 상기 케이스 내부의 연기 발생을 감지하는 경우 상기 복수 개의 배터리셀과 연결된 모든 전원경로를 개방시킨다.
상기 소화수단은 상기 케이스의 내면에 배치되는 것이 바람직하다.
삭제
삭제
상기 소화수단은 상기 하부홀더 및 상부홀더 중 적어도 하나에 배치되는 것이 바람직하다.
삭제
상기 배터리셀의 상면 및 하면 중 적어도 하나에 부착되는 절연 스티커;를 더 포함하고, 상기 소화수단은 상기 절연 스티커에 포함되는 것이 바람직하다.
상기 배터리셀의 외주면을 감싸도록 구성된 슬리브;를 더 포함하고, 상기 소화수단은 상기 슬리브에 포함되는 것이 바람직하다.
상기 배터리셀의 온도를 검출하는 온도센서; 및 상기 배터리셀에서 발생되는 연기를 검출하는 가스센서;를 더 포함하고, 상기 온도센서가 검출한 온도가 미리 설정된 온도 이상이고, 상기 가스센서가 상기 케이스 내부의 연기 발생을 감지한 경우, 상기 배터리셀과 연결된 모든 전원경로를 개방시키는 것이 바람직하다
본 발명의 일 실시예에 따른 소화수단을 구비한 이차전지팩은 소화약제 및 상기 소화약제를 수용하는 미세캡슐로 이루어진 소화수단을 케이스, 하부/상부 홀더, 방열필름 등에 포함되도록 구성되거나 또는 이차전지셀에 부착되는 절연스티커 등으로 구성됨으로써 협소한 공간에서도 배터리셀의 냉각 및 화재진압을 신속하고 용이하게 진행할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 소화약제 저장을 위한 축압용기, 분사장치, 감지기 등이 불필요하므로, 오동작 가능성을 원천적으로 차단할 수 있고, 유지 및 관리가 용이하다는 효과를 기대할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소화수단을 구비한 이차전지팩의 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 소화수단을 구비한 이차전지팩에서 배터리셀의 절연스티커에 소화수단을 적용한 구현예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 소화수단을 구비한 이차전지팩에서 배터리셀에 소화수단을 적용한 슬리브를 적용한 구현예를 도시한 도면이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 소화수단을 구비한 이차전지팩은 도 1에 도시된 바와 같이 복수 개의 배터리셀(100), 하부홀더(200), 상부홀더(300), 케이스(400) 및 소화수단을 포함하도록 구성된다.
배터리셀(100)은 복수 개로 구성되는 것이 일반적이며, 파우치형으로 구성될 수 있으나, 도 1에 도시된 바와 같이 원통형 배터리셀(100)로 구성될 경우 N*M 배열(N 및 M은 1 이상의 자연수임)로 구성되는 것이 바람직하다.
하부홀더(200)는 복수 개의 배터리셀(100)의 하단을 지지하는 구성으로, 하부홀더(200) 중 배터리셀(100)과 대응되는 영역에는 복수 개의 지지홀 또는 지지홈이 형성되며, 나아가 배터리셀(100)의 일단과 도통하기 위한 제1 전극이 마련될 수 있다.
특히 원통형 배터리셀(100)이 적용될 경우 하부 외주면이 하부홀더(200)의 지지홀 또는 지지홈에 삽입될 수 있도록 하부홀더(200)의 지지홀 또는 지지홈의 직경은 원통형 배터리셀(100)의 직경과 동일하거나 약간 크게 형성되는 것이 바람직하다.
상부홀더(300)는 배터리셀(100)의 상부에 배치되어 배터리셀(100)의 상단을 지지하는 기능을 수행하며, 동시에 배터리셀(100)의 타단과 전기적으로 도통하도록 구성될 수 있다.
상부홀더(300) 또한 상술한 하부홀더(200)와 동일하게 구성될 수 있으며, 구체적으로 원통형 배터리셀(100)이 적용되는 경우 상부홀더(300) 중 원통형 배터리셀(100)과 대응되는 영역에는 복수 개의 지지홀 또는 지지홈이 형성될 수 있으며, 상부홀더(300)의 지지홀 또는 지지홈 또한 그 직경이 원통형 배터리셀(100)의 직경과 동일하거나 약간 크게 형성되는 것이 바람직하다.
케이스(400)는 배터리셀(100), 하부홀더(200) 및 상부홀더(300)를 수용하는 기능을 수행하는 구성으로, 도 1에 도시된 바와 같이 하부 케이스(410) 및 상부 케이스(420)로 구성될 수 있다.
소화수단은 배터리셀(100)에 의하여 발생되는 화재를 진압하기 위한 구성으로, 소화약재 및 소화약제를 수용하는 미세캡슐을 포함하도록 구성된다.
소화약제는 미리 설정된 온도에서 기화되는 성질을 구비하며, 인체에 유해하지 않은 천연물질로 이루어져야 한다.
예를 들어 HFC227EA과 같은 고분자 합성물질이 적용될 수 있으며, 이는 불꽃 연소시 발생하는 활성라디컬의 반응을 Br이나 I원자가 억제하고, 화염 반응대에서 열을 제거하여 화염 온도를 높은 반응율의 유지에 필요한 온도 이하로 저하시키는 역할을 수행할 수 있으며, 즉 억제소화 및 냉각소화를 모두 수행할 수 있다.
미세캡슐은 평상시에는 내구성 및 내구성 및 기밀성에 의해 파열되지 않고 있다가 화재 발생시 특정 온도, 구체적으로 섭씨 80도 내지 120도 정도의 특정 온도에서만 반응할 수 있는 고분자 수지로 형성되는 것이 바람직하다.
즉, 이차전지팩 내부에서 화재가 발생하면 특정 온도에서 미세캡슐이 파열되며, 이러한 초미세캡슐은 하나에서는 매우 미량의 소화약제가 분축되지만, 다수의 초미세캡슐이 폭발적, 동시다발적으로 반응하여 기체화된 소화약제를 분출하면서 이차전지팩 내부를 냉각시키거나 또는 이차전지팩 내부에 발생된 화재를 진압할 수 있게 된다.
즉, 이러한 소화수단은 이차전지팩 내부의 냉각을 수행할 수도 있으며, 연소 연쇄반응을 차단시킴으로써 즉각적으로 연소를 중단시키고, 화재부위만 영향을 줌으로써 화재의 확산을 방지할 수 있다.
특히 상술한 소화약제 및 미세캡슐로 이루어진 소화수단은 ACTOK 제품 일 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 소화수단을 구비한 이차전지팩의 케이스(400) 내면, 즉 하부케이스(410) 및 상부케이스(420) 중 적어도 하나에 배치됨으로써 배터리셀(100)에 의하여 발생될 수 있는 화재를 방지할 수 있다.
이러한 케이스(400) 내면에 배치되는 실시예의 경우, 하부케이스(410) 및 상부케이스(420) 내면에 소화수단을 포함하는 수지를 도포할 수도 있으며, 소화수단을 포함하는 얇은 필름을 제작하여 이를 케이스(400) 내면에 부착할 수도 있을 것이다
나아가, 하부홀더(200) 또는 상부홀더(300) 중 적어도 하나에 배치되는 실시예 또한 고려해 볼 수 있으며, 마찬가지로 소화수단을 포함하는 수지를 하부홀더(200) 또는 상부홀더(300) 중 적어도 하나에 도포할 수도 있으며, 소화수단을 포함하는 얇은 필름을 제작하여 이를 하부홀더(200) 또는 상부홀더(300)에 부착할 수도 있을 것이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 소화수단을 구비한 이차전지팩은 배터리셀(100)의 높은 방열성능의 확보를 위하여 도 2에 도시된 바와 같이 복수 개의 배터리셀(100) 사이에 배치되는 방열필름(500)을 더 포함할 수 있다.
이러한 방열필름(500)은 도 2에 도시된 바와 같이 복수 개의 배터리셀(100) 각각의 측면과 접촉할 수 있도록 복수 개의 굴곡부가 형성되며, 이를 통하여 특정 영역에 배치된 배터리셀(100)의 열을 다른 영역으로 전달함으로써 배터리셀(100)로 인한 폭발을 미연에 방지할 수 있다.
나아가 방열필름(500)을 소화수단을 포함하도록 형성함으로써 배터리셀(100) 폭발에 의한 화재를 신속히 진압할 수 있다.
한편, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 수화수단을 배터리셀(100)에 직접 적용시키는 실시예를 고려해 볼 수 있다.
구체적으로 도 3에 도시된 바와 같이 배터리셀(100)의 상면 및 하면 중 적어도 하나에 절연 스티커(500)를 부착하되, 이러한 절연 스티커(500)는 소화약제 및 미세캡슐로 이루어진 소화수단을 포함하도록 제작될 수 있다.
특히 원통형 배터리셀(100)을 적용할 경우, 도 3에 도시된 바와 같이 링(Ring) 형상으로 절연 스티커(600)를 제작하는 것이 바람직하다.
나아가 도 4에 도시된 바와 같이 배터리셀(100)의 외주면을 감싸도록 형성된 슬리브(700)를 마련하고, 소화수단을 슬리브에 포함하도록 구성하는 것도 가능하다.
즉, 도 3 및 도 4의 실시예의 경우 배터리셀(100)에 소화수단이 직접적으로 맞닿도록 구성되어 있으므로, 좀 더 효과적으로 배터리셀(100)의 냉각 및 화재 진압이 가능할 것이다.
한편, 이차전지팩 내부에서 폭발에 의한 화재가 예상될 경우 미리 배터리셀(100)과 연결된 전원경로를 개방함으로써 폭발에 의한 화재의 발생을 미연에 방지하고, 화재가 발생하더라도 화재의 확산을 최소화하는 것이 바람직하다.
이를 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 소화수단을 구비한 이차전지팩은 온도센서 및 가스센서를 더 포함할 수 있다.
온도센서는 배터리셀(100)의 온도를 검출하는 기능을 수행하며, 가스센서는 배터리셀(100)에서 발생되는 연기를 검출하는 기능을 수행한다.
이때 온도센서가 검출한 온도가 미리 설정된 온도 이상이고, 동시에 가스센서가 케이스(400) 내부의 연기 발생을 감지하는 경우, 배터리셀(100)과 연결된 모든 전원경로를 개방시키도록 구성되는 것이 바람직하다.
본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것이 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당해 기술분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 배터리셀
200: 하부홀더
300: 상부홀더
400: 케이스
500: 방열필름
600: 절연 스티커
700: 슬리브

Claims (7)

  1. 복수 개의 배터리셀;
    상기 배터리셀의 하단을 지지하는 하부홀더;
    상기 배터리셀의 상단을 지지하는 상부홀더;
    상기 배터리셀, 하부홀더 및 상부홀더를 수용하는 케이스;
    복수 개의 상기 배터리셀 사이에 배치되는 방열필름;
    상기 배터리셀의 온도를 검출하는 온도센서;
    상기 케이스 내부의 연기 발생을 감지하는 가스센서; 및
    상기 배터리셀에 의하여 발생되는 화재의 진압을 위한 소화수단;
    을 포함하고,
    상기 소화수단은 소화약제 및 상기 소화약제를 수용하는 미세캡슐을 포함하도록 구성되고,
    상기 케이스 내부가 미리 설정된 온도에 도달할 경우, 상기 미세캡슐이 파열되어 상기 소화약제가 상기 케이스 내부에 진입하여 상기 케이스 내부의 냉각 또는 화재진압 중 적어도 하나를 수행하고,
    상기 방열필름은 복수 개의 배터리셀 각각의 측면과의 접촉면적을 넓히기 위하여 복수 개의 굴곡부가 형성되고,
    상기 소화수단은 상기 방열필름 내에 포함되고,
    상기 온도센서가 검출한 온도가 미리 설정된 온도 이상이고, 상기 가스센서가 상기 케이스 내부의 연기 발생을 감지하는 경우 상기 복수 개의 배터리셀과 연결된 모든 전원경로를 개방시키는 소화수단을 구비한 이차전지팩.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 소화수단은 상기 케이스의 내면에 배치되는 것을 특징으로 하는 소화수단을 구비한 이차전지팩.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 소화수단은 상기 하부홀더 및 상부홀더 중 적어도 하나에 배치되는 것을 특징으로 하는 소화수단을 구비한 이차전지팩.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리셀의 상면 및 하면 중 적어도 하나에 부착되는 절연 스티커;를 더 포함하고,
    상기 소화수단은 상기 절연 스티커에 포함되는 것을 특징으로 하는 소화수단을 구비한 이차전지팩.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리셀의 외주면을 감싸도록 구성된 슬리브;를 더 포함하고,
    상기 소화수단은 상기 슬리브에 포함되는 것을 특징으로 하는 소화수단을 구비한 이차전지팩.
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