KR102341681B1 - 사용 후 배터리 모듈용 방폭형 보관 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 사용 후 배터리 모듈이 보관되는 보관함 내부에서 미리 설정된 기준값 이상의 온도 변화 또는 배터리의 전압 변화가 발생하는 경우, 보관함 내부의 공간을 진공상태로 만들어 초기 화재진압을 수행하고, 화재 발생시에는 내부에 장착된 소화장치를 작동시켜 소화제를 분사하고 발생되는 유해가스를 외부로 배기시킴으로써, 사용 후 배터리가 보관되는 보관함 내부에서 발생한 화재를 신속히 감지하여 즉시 소화시키며, 보관함 내부에서 폭발이 발생하는 경우 폭발압력을 견딜 수 있어 폭발에 의해 내부에서 발생되는 폭발압력, 파편 및 화염이 외부로 전파되지 않도록 구성된 사용 후 배터리 모듈용 방폭형 보관 시스템을 제공한다.

Description

사용 후 배터리 모듈용 방폭형 보관 시스템{Explosion-proof storage system for used battery module}
본 발명은 사용 후 배터리 보관 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기차 또는 에너지저장장치로 사용되었던 배터리를 모듈 단위로 분해한 후 안전하게 보관할 수 있으며, 보관 중인 사용 후 배터리 모듈에서 폭발 및 화재가 발생하여도 폭발압력을 견딜 수 있고, 즉시 화재진압을 수행함과 동시에 화염이 외부로 전파되지 않도록 이루어진 사용 후 배터리 모듈용 방폭형 보관 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 2차전지(secondary battery)는 충전 및 방전을 반복하여 사용할 수 있는 전지를 말하며, 충전 및 방전에 의하여 내부 활성 물질이 산화, 환원되는 전기 화학적 반응을 통해 화학 에너지와 전기 에너지 간의 변환이 이루어지는 현상을 이용한다. 전기자동차 또는 하이브리드 전기 자동차는 전기 구동 모드에서 이와 같은 2차전지의 전기 에너지를 동력원으로 사용한다.
2차전지는 과방전 또는 과충전 등 비정상적인 사용에 의해 2차전지로서의 기능을 상실하기도 하지만, 정상적으로 사용되는 경우에도 전기 에너지를 저장하는 능력은 충전 및 방전횟수에 따라 점진적으로 감소한다. 전기자동차의 경우, 배터리가 초기 용량대비 대략 80% 이하로 감소하면 주행거리 감소, 충전 속도 저하 및 안전성 위험 증가 등 운행상의 문제로 교체된다.
이러한 교체 대상 배터리는 80% 수준의 용량을 보유하고 있어, 잔존수명이나 배터리 건강상태 등에 따라 다시 전기차용 배터리로 재사용(Reuse)될 수 있으며, 또는 재제조(Repurposing)를 통해 전기차용 배터리 이외의 목적으로 활용될 수 있다.
전기 자동차용 배터리는 현재 리튬 이온 배터리가 주로 사용되고 있으며, 중대형 리튬 이온 배터리셀(4V, 25Ah, 100W)의 경우 인화성 물질인 전해액이 95g 포함되어 있다. 배터리 모듈의 경우 이러한 배터리 셀이 10개~12개가 직렬연결되어 구성됨에 따라 1kWh 기준으로 950g의 인화성 물질을 포함하게 된다.
리튬은 본래 불안정한 원소로서 공기중의 수분과 급격하게 반응하여 폭발하기 쉬우며, 전해액은 과열에 따른 화재 위험성이 있다. 또한, 리튬 이온 배터리는 내부의 다양한 화학반응 등에 의해 자체 발열될 수 있으며, 외부의 물리적인 충격 등에 의해 손상을 입을 경우 배터리 내부에서 단락이 발생하여 화재가 발생될 수 있어 배터리를 보다 안정적으로 보관하기 위한 배터리 보관 시스템이 반드시 필요하다.
이러한 배터리 보관을 위해 한국등록특허 제1924573호에서는 내부에 배터리를 수납할 수 있도록 상하, 좌우로 분리된 복수개의 수납부가 일체로 구성된 캐비닛 형태의 배터리 보관함을 개시하였다.
하지만, 상기 선행기술문헌과 같이 종래의 배터리 모듈 보관함 내에는 화재 발생시 화재를 진압하도록 하는 제반 시설이 구비되어 있지 않아, 배터리 보관함에서 화재가 발생할 경우 하나의 배터리 모듈에서 발생된 화재에 의해 보관장소 전체로 화재가 확산되어 대형화재로 이어져 막대한 재산적 피해가 발생할 위험이 있다.
또한, 수납부 내부에서 폭발이 발생하는 경우, 수납부 내부 중 압력이 취약한 부위를 통해 폭발 압력 및 화염이 외부로 배출되므로, 이로 인한 충격이 보관함 주위에 있는 작업자에게 전달되어 안전사고의 위험이 발생할 수 있으며, 리튬 이온 배터리의 경우 일단 화재가 발생하면 연쇄 폭발의 위험 때문에 화재 뿐만 아니라 폭발시 폭발력을 억제하거나 파편을 차단할 수 있는 해결수단이 반드시 필요하다.
1. 한국등록특허 제1924573호(등록일 : 2018. 11. 27) "배터리 충전 및 보관이 가능한 캐비닛
본 발명은 상기한 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 것이다. 즉 본발명의 목적은 사용 후 배터리 모듈이 보관되는 보관함 내부에서 미리 설정된 기준값 이상의 온도 변화 또는 배터리의 전압 변화가 발생하는 경우, 보관함 내부의 공간을 진공상태로 만들어 초기 화재진압을 수행하고, 화재 발생시에는 내부에 장착된 소화장치를 작동시켜 소화제를 분사하고 발생되는 유해가스를 외부로 배기시킴으로써, 사용 후 배터리가 보관되는 보관함 내부에서 발생한 화재를 신속히 감지하여 즉시 소화시키며, 보관함 내부에서 폭발이 발생하는 경우 폭발압력을 견딜 수 있어 폭발에 의해 내부에서 발생되는 폭발압력, 파편 및 화염이 외부로 전파되지 않도록 구성된 사용 후 배터리 모듈용 방폭형 보관 시스템을 제공함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서 본 발명에 따른 사용 후 배터리 모듈용 방폭형 보관 시스템은, 사용 후 배터리 모듈을 수납할 수 있도록 수납공간을 갖는 수납부 복수개가 일체로 구성되는 보관함체, 상기 수납부의 개방된 전면에 개폐 가능하게 설치되며, 잠금장치를 포함하는 도어, 상기 수납부 내부에 구비되어 수납부 내부변화를 감지하는 센서부, 상기 수납부 내측 상부 중앙에 구비되어 화재발생 시 소화제를 하부로 분사하는 소화장치, 상기 수납부 후면에 관통되어 외부에 구비된 송풍팬 및 진공펌프와 연결되는 배기관로 및 상기 센서부를 통해 수납부의 내부변화를 감지하여 미리 설정된 기준값 이상의 변화가 발생된 수납부에 방화작업을 수행하는 제어부를 포함하여 구성된다.
특히, 본 발명에 따른 수납부는, 상기 도어를 제외한 상·하·좌·우면이 내화벽돌을 적층한 벽체로 형성되고, 상기 벽체의 내부와 외부 각각에는 불연재료, 난연재료, 준불연재료 중 어느 하나를 포함하는 금속재가 형성된 삼중벽체 구조를 가지며, 상기 도어부의 잠금장치는 수납부 내측과 외측의 잠금상태를 유지시키도록 이중으로 구성되어 폭발로 인한 내압을 견딜 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 금속재는 벽체 내부는 SUS로 구성되고, 벽체 외부는 SS41로 구성되며, 상기 벽체는 20mm이상의 두께를 갖도록 구성되고, 상기 금속재는 1mm이상의 두께를 갖도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 센서부는 상기 수납부 내부에 구비되어 수납부 내부 온도를 검출하는 온도센서, 상기 수납부 내부에 구비되어 수납부 내부의 불꽃을 감지하는 불꽃 감지 센서 및 상기 수납부 내부에 구비되어 수납된 사용 후 배터리 모듈의 전압을 감지하는 전압센서를 포함하여 구성되고, 제어부는 상기 온도센서를 통해 미리 설정된 제1온도변화 기준값 이상의 온도변화 또는 상기 전압센서를 통해 미리 설정된 제1전압변화 기준값 이상의 전압변화가 발생된 수납부의 배기관로를 개방시켜 수납부의 내부공기를 외부로 배출시키는 1단계 방화작업을 수행하고, 상기 불꽃 감지 센서를 통해 불꽃이 감지되거나 또는 온도센서를 통해 미리 설정된 제2온도변화 기준값 이상의 온도변화 또는 상기 전압센서를 통해 미리 설정된 제2전압변화 기준값 이상의 전압변화가 발생된 수납부의 소화장치를 작동시켜 수납부에 소화제를 분사시키는 2단계 방화작업을 수행하도록 제어한다.
본 발명에 따른 잠금장치는 상기 도어의 외측의 잠금상태를 유지시키는 제1잠금장치와, 상기 도어의 내측의 잠금상태를 유지시키는 제2잠금장치로 구성되며, 상기 제1잠금장치는 상기 도어의 외측면에 사용자가 손으로 취부할 수 있도록 구성된 손잡이를 풀푸쉬(Pull-Push)시켜 시건장치를 통해 도어의 외측 개폐를 제어하도록 구성되고, 상기 제2잠금장치는, 도어의 외측면에 회전 가능하게 설치되는 도어 핸들에 의해 사용자가 도어 핸들을 회전시켜 시건장치를 통해 도어의 내측 개폐를 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 소화장치는 압축된 소화가스를 공급하는 소화가스 공급용기, 분말 소화제를 공급하는 소화제 공급용기, 수납부 내부에 구비되어 소화가스 및 소화제를 분사하는 소화제 분사부, 상기 소화가스 공급용기 및 소화제 공급용기와 연통되어 소화가스와 소화제를 소화제 분사부로 공급시키는 소화노즐 및 상기 소화노즐에 구비되어 상기 제어부의 제어에 의해 상기 소화제 분사부로 소화가스 및 소화제의 유입 및 차단을 조정하도록 설치되는 소화밸브를 포함하여 구성된다.
본 발명에 따른 소화노즐은, 단위 소화노즐과 공용 소화노즐로 구성되고, 상기 단위 소화노즐의 일측은 상기 수납부 상부에서 내부로 관통되어 상기 소화제 분사부와 연결되고, 상기 단위 소화노즐의 타측은 상기 공용 소화노즐로 연통되게 접속되며, 상기 공용 소화노즐은 상기 소화가스 공급 용기 및 소화제 공급 용기와 연통되게 접속되어 소화제 및 소화가스를 공급받는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 소화장치는, 상기 소화가스 공급 용기에 구비된 개폐밸브가 상기 제어부에 의해 개방되어 소화가스가 상기 공용 소화노즐을 통해 공급될 때, 상기 소화제 공급 용기에 구비된 개폐밸브가 상기 제어부에 의해 개방되어 소화제가 소화가스의 이동에 연동되어 공급되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 사용 후 배터리 보관 시스템은, 사용 후 배터리 모듈이 보관되는 수납부 각각의 개별 소화가 가능하고, 보관된 배터리 모듈 각각의 온도변화 및 전압변화를 감지하여 보관함 내에서 발생되는 화재를 신속하게 감지할 수 있다.
또한, 소화노즐이 상부 중앙에 위치하고 있어 화재발생 시 사용 후 배터리 모듈의 상면과 측면을 소화제가 덮어 빠른 소화가 되도록 유도할 수 있다.
더불어, 수납부의 벽체가 삼중으로 구성되어 보관 중인 사용 후 배터리 모듈에서 폭발 및 화재가 발생하여도 수납부가 폭발압력을 견딜 수 있고, 폭발에 의해 발생되는 폭발압력, 파편 및 화염이 외부로 전파되지 않아 연쇄 폭발의 위험을 방지할 수 있다.
또한, 도어의 잠금장치가 이중으로 구성되어 수납부의 차폐능력을 향상시키며, 수납부 내부에서 사용 후 배터리 모듈에 의한 폭발 및 화재가 발생하여 내부 압력이 높아지는 경우 구조적으로 기계적 강성이 취약한 도어가 파손되어 도어가 급작스럽게 튕겨나가는 것을 방지한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 사용 후 배터리 보관함 시스템의 정면도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 보관함체 내부에 설치된 배기관로와 소화노즐을 도시한 분리사시도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 수납부 단면도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 수납부 정면도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 수납부 후면도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 사용 후 배터리 보관함 시스템의 정면도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 보관함체 내부에 설치된 배기관로와 소화노즐을 도시한 분리사시도이다. 또한, 도 3 내지 도 5는 도 1에 도시된 보관함체를 구성하는 복수개의 수납부의 구성을 설명하기 위해 하나의 수납부 단면을 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 사용 후 배터리 보관함 시스템은 사용 후 배터리 모듈을 각각 보관할 수 있도록 상·하·좌·우로 구분된 수납부(200) 복수개가 일체로 구성된 직육면체 형상의 보관함체(100)를 포함하며, 상기 수납부(200)는 전방이 개방된 수납공간(210)을 포함하고, 수납공간(210)의 일측에 구비된 힌지(미도시)를 통해 개폐가능하게 구비되어 있는 도어(220)를 가진다.
상기 수납부(200) 내부에는 온도센서(310), 불꽃 감지 센서(320), 전압센서(330) 등을 포함하는 센서부(300)가 구비되어 수납부(200) 내부에서 발생되는 화재를 신속히 감지하며, 상기 수납부(200) 내측 상부 중앙에는 소화제 분사부(410)가 구비되어 화재발생 시 소화제를 하부에 위치한 사용 후 배터리 모듈로 분사한다. 이를 통해, 사용 후 배터리 모듈이 보관되는 각각의 수납부(200) 내부에서 화재가 발생하는 경우 이를 신속히 감지하여 즉시 소화시킴으로써, 하나의 수납부에서 발생된 화재가 다른 수납부로 번지는 것을 방지할 수 있게 된다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 보관함체(100)는 사용 후 배터리 모듈이 각각 수납되는 다수개의 수납부(200)와 격벽(510)을 통해 구획된 제어공간을 갖는 제어실(500)을 포함한다. 이러한 제어실(500)에는 화재 발생시 각 수납부(200)에 구비된 소화제 분사부(410)로 소화노즐(420)을 통해 소화제를 공급하는 소화장치와, 상기 온도센서(310), 불꽃 감지 센서(320), 전압센서(330) 등의 센서부(300)로부터 정보를 전송받아 각 수납부(200)에 보관중인 사용 후 배터리 모듈에 대한 실시간 모니터링이 이루어지도록 하는 제어부(520)가 구비된다.
또한, 제어실(500) 외측에는 복수개의 수납부(200)에서 보관중인 사용 후 배터리 모듈에 대한 고유정보, 내부온도, 현재 전압 상태 등의 내용을 화면에 표시해주는 디스플레이(530)가 구비되며, 상기 디스플레이(530) 일측에는 운용 작업자와 상호작용을 위한 키입력부(540)가 구비된다. 이때, 키입력부(540)는 터치스크린 형태로 구성되어 상기 디스플레이(530)와 일체로 구성될 수도 있다.
더불어 제어실(500) 외측에는 운용 작업자가 제어실(500) 내부를 관리할 수 있도록 별도의 도어(미도시)가 마련 될 수도 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 수납부(200) 후면에는 외부에 구비되는 송풍팬(610) 및 진공펌프(620)와 연결되어 상기 수납부(200)의 내부공기를 외부로 배출하는 배기관로(600)가 포함된다. 이러한 배기관로(600)는 도 2에 도시된 바와 같이 보관함체(100) 내부에 배치되는 것이 바람직하나, 보관함체(100) 외부에 배치될 수도 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 배기관로(600)는 수납부(200) 후면부에서 관통되어 외부에 구비된 송풍팬(610) 및 진공펌프(620)와 연결되며, 각각의 수납부와 연통되는 배기관로(600) 각각에는 배기밸브(602)가 구비되고, 배기밸브(602)는 제어부(520)의 제어에 의해 배기관로(600)의 개방 및 폐쇄를 조정하도록 설치되어 있다. 제어부(520)의 제어에 의해 배기가 필요한 수납부(200)의 배기밸브(602)가 개방되고, 외부에 구비된 송풍팬(610) 또는 진공펌프(620)가 작동되면, 배기밸브(602)가 개방된 수납부의 내부공기는 외부로 배출된다.
이를 통해, 제어부(520)는 센서부(300)를 통해 미리 설정된 기준값 이상의 온도변화 또는 미리 설정된 기준값 이상의 전압변화가 발생된 수납부(200)를 감지하는 경우, 해당 수납부(200)의 배기밸브(602)를 제어하여 해당 수납부와 연통된 배기관로(600)를 개방시키고, 진공펌프(620)를 작동시켜 배기관로(600)를 통해 해당 수납부 내부 공간의 공기를 외부로 배출시킴으로써, 수납부(200) 공간 내의 산소 농도를 감소시켜 화재 발생을 사전에 차단할 수 있게 된다.
또한, 화재가 발생하여 배터리 모듈에서 유해가스가 발생하는 경우에도, 해당 수납부(200)의 배기밸브(602)를 제어하여 해당 수납부와 연통된 배기관로(600)를 개방시키고, 송풍팬(610)을 작동시켜 유해가스를 배기관로(600)를 통해 외부로 배출 시킨다.
더불어, 수납부(200) 후면에는 배기댐퍼(240)가 설치되어 화재에 의해 수납부(200) 내부의 압력이 증가되는 경우, 자동적으로 개방되어 수납부(200) 내부 공간의 압력 상승을 방지한다. 본 발명의 실시예에 따른 배기댐퍼(240)는 수납부 후면에 형성된 개구부를 개폐할 수 있도록 판상으로 이루어져 상측에 구비된 힌지(242)를 통해 수납부(200) 후면 외측방향으로 개폐가능하도록 설치되며, 하측에 구비된 걸림부(244)를 통해 수납부 내측방향으로 개방되지 않는다.
배기댐퍼(240)는 평상시에는 폐쇄되어 있다가 수납부(200)에서 화재가 발생하여 수납부(200) 내부의 압력이 증가하는 경우, 수납부 내의 공기가 배기댐퍼(240)를 밀게되어 수납부(200) 후면과 배기댐퍼(240) 사이가 개방되고, 이에 따라 수납부(200) 내의 공기가 배기댐퍼(240)를 통해 외부로 빠져나가게 된다. 즉, 수납부(200) 내부 공간의 압력이 상승하는 경우 배기댐퍼(240)가 외측으로 쉽게 개방되어 수납부(200) 내부 공기가 외부로 배출됨으로써, 수납부(200) 내부 공간의 압력 상승이 방지된다.
소화장치는 소화제 분사부(410), 소화노즐(420), 소화밸브(430), 소화제 공급용기(440) 및 소화 가스 공급 용기(450)를 구비한다. 소화제 공급용기(440) 및 소화 가스 공급 용기(450)는 소화밸브(430)가 구비된 각 소화노즐(420)을 통해 수납부(200)에 구비된 소화제 분사부(410)와 각각 연결된다. 이를 위해, 수납부 상부 외측에는 소화노즐(420)이 삽입될 수 있는 공간이 형성되어 있다.
소화노즐(420)은 단위 소화노즐(422)과 공용 소화노즐(424)로 구성되는데, 단위 소화노즐(422)의 일측은 수납부 내부로 관통되어 소화제 분사부(410)와 연결되며, 타측은 소화밸브(430)와 함께 공용 소화노즐(424)에 연통되게 접속되어 있다. 소화밸브(430)는 제어부(520)의 제어에 의해 단위 소화노즐(422)에 소화제의 유입 및 차단을 조정하도록 설치되어 있다.
소화가스 공급 용기(450)는 단위 소화노즐(422)과 접속된 공용 소화노즐(424)을 통해 압축된 소화가스를 공급할 수 있도록 되어 있다. 소화가스 공급 용기(450)에서 공급되는 소화가스는 이산화탄소 또는 아르곤, 헬륨, 네온 등과 같을 불활성기체 등 공지된 것을 압축상태로 충진한 것을 적용할 수 있다.
소화제 공급 용기(440)는 소화가스가 공용 소화노즐(424)을 통해 공급될 때 공용 소화노즐(424)과 연통되게 접속된 분기 소화노즐을 통해 소화제 공급 용기(440)에 저장된 분말소화제가 소화가스의 이동에 연동되어 공급될 수 있도록 공용 소화노즐(424)에 접속되어 있다. 분말소화제는 중탄산나트륨, 중탄산암모늄, 인산나트륨, 인산2수소암모늄, 이산화규소, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘 중에서 적어도 하나 이상을 선택하여 배합한 분말형태일 수 있다.
본 발명에서는 소화장치를 소화 가스와 분말 소화제를 함께 공급하는 구성으로 기재하였으나 이에 한정되는 것은 아니며, 소화제 공급 용기와 소화가스 공급 용기가 단일용기로 구성될 수도 있고, 에어로졸, 액체 소화제 등 다양한 형태의 소화제를 이용할 수도 있다.
제어부(520)는 미리 설정된 주기마다 온도센서(310) 및 전압센서(330)를 통해 측정된 온도정보 및 전압정보를 이용하여 각 수납부 내부의 온도를 확인하고, 각 수납부에 보관된 사용 후 배터리 모듈의 전압상태를 확인하며, 수납부 내부에서 미리 설정된 기준값 이상의 온도 변화 또는 보관중인 사용 후 배터리 모듈에서 미리 설정된 값 이상의 전압변화가 발생하는 경우, 해당 수납부의 배기밸브(602)를 개방되게 처리하고, 배기관로(600)와 연결된 진공펌프(620)를 제어하여, 배기관로(600)를 통해 수납부(200) 내부 공간의 공기를 외부로 배출함으로써 수납부 공간 내의 산소 농도를 감소시켜 화재 발생을 차단한다.
또한, 제어부(520)는 불꽃 감지 센서(320)를 통해 불꽃이 감지되거나, 수납부 내부에서 미리 설정된 기준값 이상의 온도 변화 또는 보관중인 사용 후 배터리 모듈에서 미리 설정된 값 이상의 전압변화가 발생하는 경우, 화재가 발생하였다고 판단하여 해당 수납부의 소화밸브(430)를 개방되게 처리하고, 소화가스 공급 용기(450)와 소화제 공급용기(440)의 개폐밸브 역시 개방되게 처리함으로써, 소화노즐(420)을 통해 해당 수납부의 소화제 분사부(410)에서 소화가스 및 소화제가 공급되게 처리한다. 이와 더불어, 외부의 송풍팬(610)을 가동시키고 해당 수납부의 배기밸브(602)를 개방시켜 화재로 인해 발생되는 유해가스가 배기관로를 통해 배출될 수 있도록 제어한다.
더불어, 본 발명에 따른 보관함체 상부에는 경보장치(550)가 구비되어 제어부의 제어로 인해 빛 또는 소리를 이용하여 사용자에게 위험 상황임을 인식시킬 수 있다. 이때, 제어부(520)는 수납부 내부 공간 내의 산소 농도를 감소시켜 화재 발생을 차단시키는 1단계 방화작업과, 수납부 내부에 소화제를 분사시키는 2단계 방화작업을 구분하여 다른 빛 또는 소리를 통해 사용자가 이를 인지할 수 있도록 제어할 수 있다.
도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 수납부(200)를 구성함에 있어서는 도어(220)를 제외한 상·하·좌·우·후면은 내화벽돌을 적층하여 두께 20mm 이상의 벽체(230)를 형성하고, 이러한 벽체 외부(232)와 내부(234)는 각각 두께 1mm 이상의 열에 강한 금속재가 형성되어, 삼중벽체 구조를 갖는다. 이러한 금속재는 불연재료, 난연재료, 준불연재료 중 적어도 어느 하나를 포함하는 금속재질로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 내화벽돌을 적층하여 두께 30mm 이상의 벽체(230)를 형성하고, 벽체 내부(234)는 두께 3mm 이상의 SUS로 구성되며, 벽체 외부(232)는 두께 1.5mm 이상의 SS41로 구성된다. 이에 따라, 수납부 내부에서 폭발이 발생하는 경우에도 폭발로 인한 내압을 견딜 수 있어, 폭발 발생 시 수납부의 변형을 방지하며 화염이 외부로 전파되지 않아 연쇄 폭발의 위험을 방지할 수 있다.
상기 수납부의 전면에 구비된 도어(220)는 일단이 수납부 일측에 힌지 고정되어 타단이 회동 가능하도록 구성되며, 상기 도어(220)는 수납부 내측에 구비된 별도의 도어닫힘수단(미도시)에 의해 자동 또는 반자동구조로 개폐될 수도 있다.
상기 수납부의 각 도어(220)에는 배터리의 인출입 후 수납부를 잠금상태로 유지시키기 위한 잠금장치가 구비된다. 이러한 잠금장치는 이중으로 구성되어, 수납부의 차폐능력을 향상시키고, 수납부 내부에서 사용 후 배터리 모듈에 의한 폭발 및 화재가 발생하여 내부 압력이 높아지는 경우 구조적으로 기계적 강성이 취약한 도어가 파손되어 도어가 급작스럽게 튕겨나가는 것을 방지한다.
본 발명에 따른 잠금장치는 도어의 외측면에 사용자가 손으로 취부할 수 있도록 구성된 'ㄷ'자형 손잡이(252)를 풀푸쉬(Pull-Push)시켜 도어 외측에 상하로 구비된 한쌍의 시건장치(254)를 통해 도어의 외측 개폐를 제어하는 제 1 잠금장치(250)와, 도어의 외측면에 회전 가능하게 설치되는 도어 핸들(262)에 의해 사용자가 도어 핸들(262)을 회전시켜, 도어 핸들(262)의 회전에 따라 도어 내측에서 연동 회전되는 시건장치(미도시)를 통해 도어의 내측 개폐를 제어하는 제 2 잠금장치(260)로 구성된다.
수납부(200) 내부에는 수납부 내부 온도를 감지하는 온도센서(310), 불꽃감지센서(320), 전압센서(330) 중 적어도 하나 이상으로 구성된 센서부(300)가 구비된다. 본 발명의 일실시예에서는 상기 센서부(300)를 수납부 내부 상측에 구비하도록 도시되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 동일한 구성의 센서가 다수개 구비될 수도 있고, 상기 센서들을 복합적으로 구비할 수도 있다.
온도센서(310)는 미리 설정된 주기마다 수납부 내부의 온도 크기를 측정하여 제어부(520)로 전송하며, 제어부(520)는 온도센서로부터 측정된 온도값을 전송받아, 바로 이전에 전송받은 온도값과 비교하여 온도 변화량을 산출하고, 산출된 온도 변화량에 따라 해당 수납부의 소화작업을 수행한다.
불꽃 감지 센서(320)는 화재의 불빛에서 방출을 하는 적외선(IR)을 검출을 하는 적외선식 스팟형과, 자외선(UV)을 검출을 하는 자외선식 스팟형이 있다. 또한 이들을 혼합한 병용식 스팟형 타입도 있다. 불꽃 감지 센서는 불꽃에서 방출을 하는 특정한 파장(적외선, 자외선)의 에너지를 전기적 에너지로 변화를 시켜서 이를 검출을 하는 방식으로서, 이는 물질이 빛을 흡수를 하게 되면 광전자를 방출을 하여 기전력이 발생하는 현상을 이용 한 것이다. 불꽃 감지 센서(320)는 수납부 내부의 불꽃 검출 유무를 판단하여 그 결과를 제어부(520)로 전송하며, 제어부(520)는 불꽃 감지 센서(320)에 의해 불꽃이 감지되었다고 판단되는 경우 해당 수납부의 소화작업을 수행한다.
전압센서(330)는 수납된 사용 후 배터리 모듈의 전원 단자에 연결되어 미리 설정된 주기마다 배터리 전압을 감지하며, 감지된 전압값을 제어부(520)로 전송한다. 제어부(520)는 전압센서로부터 감지된 전압값을 전송받아, 바로 이전에 전송받은 전압값과 비교하여 전압 변화량을 산출하고, 산출된 전압 변화량이 미리 설정된 변화량 이상일 경우, 해당 수납부의 소화작업을 수행한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 사용 후 배터리 보관 시스템은, 전기차 또는 에너지저장장치로 사용되었던 배터리를 모듈 단위로 분해한 후 안전하게 보관할 수 있고, 보관된 배터리 모듈 각각의 온도변화 및 전압변화를 감지하여 보관함 내에 발생되는 화재를 신속하게 감지할 수 있으며, 보관 중인 사용 후 배터리 모듈에서 폭발 및 화재가 발생하여도 폭발압력을 견딜 수 있음과 동시에 즉시 화재진압을 수행할 수 있어 화염이 외부로 전파되지 않는다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백하다 할 것이다.
100 : 보관함체 200 : 수납부
210 : 수납공간 220 : 도어
230 : 벽체 232 : 벽체 외부
234 : 벽체 내부 240 : 배기댐퍼
242 : 힌지 244 : 걸림부
250 : 제1잠금장치 260 : 제2잠금장치
300 : 센서부 310 : 온도센서
320 : 불꽃 감지 센서 330 : 전압센서
410 : 소화제 분사부 420 : 소화노즐
422 : 단위 소화노즐 424 : 공용 소화노즐
430 : 소화밸브 440 : 소화제 공급 용기
450 : 소화가스 공급 용기 500 : 제어실
510 : 격벽 520 : 제어부
530 : 디스플레이 540 : 키입력부
550 : 경보장치 600 : 배기관로
602 : 배기밸브 610 : 송풍팬
620 : 진공펌프

Claims (16)

  1. 사용 후 배터리 모듈을 수납할 수 있도록 수납공간을 갖는 수납부 복수개가 일체로 구성되는 보관함체;
    일측에 힌지가 구비되어 상기 수납부의 개방된 전면을 개폐하도록 설치되며, 이중 잠금장치가 구비되어 상기 수납부 내측과 외측의 잠금상태를 유지시키는 도어;
    상기 수납부 내부에 구비되어 수납부 내부변화를 감지하는 센서부;
    상기 수납부 내측 상부 중앙에 구비되어 화재발생 시 소화제를 하부로 분사하는 소화장치;
    상기 수납부 후면에 관통되어 외부에 구비된 송풍팬 및 진공펌프와 연결되는 배기관로; 및
    상기 센서부를 통해 수납부의 내부변화를 감지하여, 미리 설정된 기준값 이상의 변화가 발생된 수납부에 방화작업을 수행하는 제어부;
    를 포함하여 구성되되,
    상기 수납부는,
    상기 도어를 제외한 상·하·좌·우면이 내화벽돌을 적층한 벽체로 형성되고, 상기 벽체의 내부와 외부 각각에는 불연재료, 난연재료, 준불연재료 중 어느 하나를 포함하는 금속재가 형성된 삼중벽체 구조를 가져 폭발로 인한 내압을 견딜 수 있도록 구성되며,
    상기 도어의 이중 잠금장치는,
    상기 도어의 외측 개폐를 제어하는 한 쌍의 시건장치를 구비한 제1잠금장치와,
    상기 한 쌍의 시건장치 사이에 상기 도어의 내측 개폐를 제어하는 시건장치를 구비한 제2잠금장치로 구성되어, 폭발로 인해 도어가 튕겨나가는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 사용 후 배터리 모듈용 방폭형 보관 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 금속재는,
    상기 벽체 내부는 SUS로 형성되고,
    상기 벽체 외부는 SS41로 형성되는 것을 특징으로 하는 사용 후 배터리 모듈용 방폭형 보관 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 벽체는 20mm이상의 두께를 갖도록 형성되고,
    상기 금속재는 1mm이상의 두께를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 사용 후 배터리 모듈용 방폭형 보관 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 센서부는,
    상기 수납부 내부의 온도를 검출하는 온도센서;
    상기 수납부 내부의 불꽃을 감지하는 불꽃 감지 센서; 및
    상기 수납부 내부에 수납된 사용 후 배터리 모듈의 전압을 감지하는 전압센서;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 사용 후 배터리 모듈용 방폭형 보관 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 온도센서를 통해 미리 설정된 제1온도변화 기준값 이상의 온도변화 또는 상기 전압센서를 통해 미리 설정된 제1전압변화 기준값 이상의 전압변화가 발생된 수납부의 배기관로를 개방시켜 수납부의 내부공기를 외부로 배출시키는 1단계 방화작업을 수행하고,
    상기 불꽃 감지 센서를 통해 불꽃이 감지되거나 또는 상기 온도센서를 통해 미리 설정된 제2온도변화 기준값 이상의 온도변화 또는 상기 전압센서를 통해 미리 설정된 제2전압변화 기준값 이상의 전압변화가 발생된 수납부의 소화장치를 작동시켜 수납부에 소화제를 분사시키는 2단계 방화작업을 수행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 사용 후 배터리 모듈용 방폭형 보관 시스템.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제1잠금장치는,
    상기 도어의 외측면에 사용자가 손으로 취부할 수 있도록 구성된 "ㄷ"자형 손잡이를 풀푸쉬(Pull-Push)시켜 도어의 외측에 구비된 한쌍의 시건장치를 통해 도어의 외측 개폐를 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 사용 후 배터리 모듈용 방폭형 보관 시스템.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제2잠금장치는,
    도어의 외측면에 회전 가능하게 설치되는 도어 핸들에 의해 사용자가 도어 핸들을 회전시켜, 도어 핸들의 회전에 따라 도어 내측에서 연동 회전되는 시건장치를 통해 도어의 내측 개폐를 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 사용 후 배터리 모듈용 방폭형 보관 시스템.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 수납부의 후면에는,
    배기댐퍼가 구비되는 것을 특징으로 하는 사용 후 배터리 모듈용 방폭형 보관 시스템.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 소화장치는,
    압축된 소화가스를 공급하는 소화가스 공급용기,
    분말 소화제를 공급하는 소화제 공급용기,
    수납부 내부에 구비되어 소화가스 및 소화제를 분사하는 소화제 분사부,
    상기 소화가스 공급용기 및 소화제 공급용기와 연통되어 소화가스와 소화제를 소화제 분사부로 공급시키는 소화노즐,
    상기 소화노즐에 구비되어 상기 제어부의 제어에 의해 상기 소화제 분사부로 소화가스 및 소화제의 유입 및 차단을 조정하도록 설치되는 소화밸브를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 사용 후 배터리 모듈용 방폭형 보관 시스템.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 소화노즐은,
    단위 소화노즐과 공용 소화노즐로 구성되고,
    상기 단위 소화노즐의 일측은 상기 수납부 상부에서 내부로 관통되어 상기 소화제 분사부와 연결되고,
    상기 단위 소화노즐의 타측은 상기 공용 소화노즐로 연통되게 접속되며,
    상기 공용 소화노즐은 상기 소화가스 공급 용기 및 소화제 공급 용기와 연통되게 접속되어 소화제 및 소화가스를 공급받는 것을 특징으로 하는 사용 후 배터리 모듈용 방폭형 보관 시스템.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 소화장치는,
    상기 소화가스 공급 용기에 구비된 개폐밸브가 상기 제어부에 의해 개방되어 소화가스가 상기 공용 소화노즐을 통해 공급될 때,
    상기 소화제 공급 용기에 구비된 개폐밸브가 상기 제어부에 의해 개방되어 소화제가 소화가스의 이동에 연동되어 공급되는 것을 특징으로 하는 사용 후 배터리 모듈용 방폭형 보관 시스템.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 소화가스 공급 용기에는,
    이산화탄소, 아르곤, 헬륨, 네온을 포함하는 불활성기체가 압축상태로 충진되어 있는 것을 특징으로 하는 사용 후 배터리 모듈용 방폭형 보관 시스템.
  14. 제 10항에 있어서,
    상기 소화제 공급 용기에는,
    중탄산나트륨, 중탄산암모늄, 인산나트륨, 인산2수소암모늄, 이산화규소, 수산화알루미늄, 산화마그네슘 중에서 적어도 하나 이상이 배합된 분말소화제가 충진되어 있는 것을 특징으로 하는 사용 후 배터리 모듈용 방폭형 보관 시스템.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 배기관로에는,
    상기 제어부의 제어에 의해 상기 배기관로의 개방 및 폐쇄를 조정하는 배기밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 사용 후 배터리 모듈용 방폭형 보관 시스템.
  16. 제 5항에 있어서,
    상기 보관함체 상부에는,
    경보장치가 구비되고,
    상기 경보장치는 상기 제어부의 제어에 의해 빛 또는 소리를 이용하여 상기 1단계 방화작업과 상기 2단계 방화작업을 구분하여 이를 사용자에게 알리는 것을 특징으로 하는 사용 후 배터리 모듈용 방폭형 보관 시스템.
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