KR102382661B1 - 화재방지 수단이 구비된 배터리팩 커버 - Google Patents

화재방지 수단이 구비된 배터리팩 커버 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화재방지 수단이 구비된 배터리팩 커버가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 다른 화재방지 수단이 구비된 배터리팩 커버는 함체 형상으로 형성되며 내부에 수용공간이 형성되어 배터리팩(B)을 수용할 수 있도록 한 것으로 상면에 투명 난연 PC(폴리카보네이트) 소재로 이루어진 투명창(111)이 형성된 하우징(110)과, 상기 하우징(110) 내에 설치되며 배터리의 폭발 또는 화재 발생시 배터리팩(B)을 덮어 발화가 확산되는 것을 방지할 수 있도록 한 것으로 테두리를 따라 소화패드(122)가 설치된 방염포(120)와, 상기 방염포(120)의 하부에 설치되며 상기 방염포(120)를 하부에서 받쳐줄 수 있도록 한 것으로 기밀 및 수밀 목적으로 설치되며 화재 발생시 연소되어 상기 방염포(120)가 배터리팩(B)으로 낙하될 수 있도록 하는 가스켓(130)을 포함하는 것을 특징으로 하는 화재방지 수단이 구비된 배터리팩 커버가 제공된다.

Description

화재방지 수단이 구비된 배터리팩 커버{Battery pack cover with fire protection means}
본 발명 화재방지 수단이 구비된 배터리팩 커버에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리팩의 폭발로 인한 화재 발생시 화염을 신속하게 약화 및 소멸시켜 배터리 폭발로 인한 차량의 2차 사고를 미연에 방지할 수 있도록 한 화재방지 수단이 구비된 배터리팩 커버에 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.
리튬 이차전지는 전해질 종류에 따라 액체 전해질을 사용하는 리튬 이온전지와 고분자 고체 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지로 구분할 수 있고, 리튬 이온 폴리머 전지는 고분자 고체 전해질의 종류에 따라 전해액이 전혀 함유되어 있지 않은 완전 고체형 리튬 이온 폴리머 전지와 전해액을 함유하고 있는 겔형 고분자 전해질을 사용하는 리튬 이온 폴리머 전지로 나눌 수 있다.
액체 전해질을 사용하는 리튬 이온전지의 경우 대개 원통이나 각형의 금속 캔을 용기로 하여 용접 밀봉시킨 형태로 사용되며, 여기서, 원통형 이차 전지는 전극 조립체 및 전해액을 포함하는데, 전극 조립체는 양극판, 음극판 및 세퍼레이터를 구비하고, 전해액은 리튬 이온을 포함하는 경우가 많으며, 전극 조립체의 양극판과 음극판은 외부로 인출되는 전극 탭을 각각 구비할 수 있다.
전극 조립체는 케이스의 내부에 수납되고, 케이스의 외부로는 전극 단자가 노출될 수 있다 전극 탭은 전극 조립체의 외부로 인출되어 전극 단자와 전기적으로 연결되는 배터리팩을 형성할 수 있다.
통상 배터리팩을 구성하는 배터리셀, 모듈은 화학 또는 물리적 특성을 갖는 소재로 제조되므로 설치 또는 사용되는 장비 주변의 환경조건이나 배터리셀의 비정상적인 충전 또는 방전 등에 의하여 폭발 및 발화가 발생할 가능성이 있다. 즉, 일정 전압으로 설정되어 충전 또는 방전이 이루어지고, 일정범위를 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.
본 출원인은 상술한 바와 같이 제반되는 종래의 문제점을 해결할 수 있도록 한 화재방지 수단이 구비된 배터리팩 커버를 강구하게 되었다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 배터리팩의 폭발로 인한 화재 발생시 화염을 신속하게 약화 및 소멸시켜 배터리 폭발로 인한 차량의 2차 사고를 미연에 방지할 수 있도록 한 화재방지 수단이 구비된 배터리팩 커버를 제공하고자 한다.
본 발명은 화재방지 수단이 구비된 배터리팩 커버가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 다른 화재방지 수단이 구비된 배터리팩 커버는 함체 형상으로 형성되며 내부에 수용공간이 형성되어 배터리팩을 수용할 수 있도록 한 것으로 상면에 투명 난연 PC(폴리카보네이트) 소재로 이루어진 투명창이 형성된 하우징과, 상기 하우징 내에 설치되며 배터리의 폭발 또는 화재 발생시 배터리팩을 덮어 발화가 확산되는 것을 방지할 수 있도록 한 것으로 테두리를 따라 소화패드가 설치된 방염포와, 상기 방염포의 하부에 설치되며 상기 방염포를 하부에서 받쳐줄 수 있도록 한 것으로 기밀 및 수밀 목적으로 설치되며 화재 발생시 연소되어 상기 방염포가 배터리팩으로 낙하될 수 있도록 하는 가스켓을 포함하는 것을 특징으로 하는 화재방지 수단이 구비된 배터리팩 커버가 제공된다.
본 발명에 따른 화재방지 수단이 구비된 배터리팩 커버는 화재 초기 진압을 위한 자동 소화패드가 장착되어 있어 1차로 화재로부터 보호될 수 있으며, 기체 방출이 가능한 홀로 구성된 상부/하부 하우징 구성은 배터리 모듈에서 폭발이나 발화가 발생하여도 하우징 커버가 폭발압력을 견뎌 화재를 최소화할 수 있다.
또한, 배터리팩의 화재 발생시 하우징 내에 방염포를 구비하여 방염포가 화재가 발생된 배터리팩을 덮을 수 있도록 함으로써, 화염이나 열기가 하우징 외부로 전파되는 것을 억제시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 화재방지 수단이 구비된 배터리팩 커버를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 사용된 방염포 및 소화패드를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 사용된 가스켓이 설치된 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 화재방지 수단이 구비된 배터리팩 커버의 하우징에 방폭밸브가 설치된 모습을 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 화재방지 수단이 구비된 배터리팩 커버는 전기로 구동되는 차량의 배터리팩(B)을 감싸도록 위치되어 배터리팩(B)의 화재를 미연에 방지할 수 있도록 하는 동시에 화재의 발생시 초기 진압을 행할 수 있도록 함으로써, 발생된 화재를 짧은 시간 내에 진압할 수 있거나, 화재가 확산되는 속도를 지연시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 화재방지 수단이 구비된 배터리팩 커버는 함체 형상으로 형성되며 내부에 수용공간이 형성되어 배터리팩(B)을 수용할 수 있도록 한 것으로 상면에 투명 난연 PC(폴리카보네이트) 소재로 이루어진 투명창(111)이 형성된 하우징(110)과, 상기 하우징(110) 내에 설치되며 배터리의 폭발 또는 화재 발생시 배터리팩(B)을 덮어 발화가 확산되는 것을 방지할 수 있도록 한 것으로 소화패드(122)가 장착된 방염포(120)와, 상기 방염포(120)의 하부에 설치되며 상기 방염포(120)를 하부에서 받쳐줄 수 있도록 한 것으로 기밀 및 수밀 목적으로 설치되는 가스켓(GASKET)(130)을 포함할 수 있다.
하우징(110)은 직육면체 형상으로 형성되며 내부에 수용공간을 갖도록 형성된다. 이때 상기 하우징(110)은 내부의 화재 발생시 폭발 및 발화에 견딜 수 있게 금속재질로 형성될 수 있다.
또한, 상기 하우징(110)의 상면에는 내부의 모습을 육안으로 확인할 수 있도록 한 투명창(111)이 설치될 수 있다. 상기 투명창(111)은 폴리카보네이트 난연소재로 이루어져 열에 견딜 수 있도록 한다.
방염포(120)는 상기 실리카포(silica fabric), 카본휄트, 카알카 등 난연재질로 이루어져 상기 하우징(110) 내에 마련되는 배터리팩(B)을 덮을 수 있도록 한 것이다. 즉, 상기 방염포(120)는 배터리팩(B)의 폭발 및 화재 발생시 배터리팩(B)을 덮어 화재가 확산되는 것을 방지하는 한편, 화재가 확산되는 것을 지연시켜 탑승자가 차량에서 벗어날 수 있도록 하는 역할을 한다.
이때, 상기 방염포(120)에는 테두리를 따라 소화패드(122)가 설치된다.
도 3을 참고하면 상기 소화패드(122)는 방염포(120)의 테두리 상하면을 감싸도록 위치되는 것으로, 온도에 따라 색상이 변경될 수 있다. 구체적으로 상기 소화패드(122)는 주변온도가 62도 이상으로 상승하면 색이 변환되어 현재의 배터리팩(B) 상태를 상기 투명창(111)을 통해 외부에서 육안으로 확인할 수 있다.
이때, 상기와 같은 색의 변화는 소화성능에는 이상이 없으므로 사용해도 무방하며 단순히 사용자가 소화패드(122)의 상태를 육안으로 확인하여 결과적으로 배터리팩(B)의 위험 여부를 감지하여 배터리의 작동을 수동으로 중단시킬 수 있도록 한 것이다.
즉, 방염포(120)의 테두리 상하부에 소화패드(122)가 위치될 수 있게 "ㄷ"자 형상으로 감싸도록 함으로써, 배터리팩(B)이 마련된 하우징(110) 내부의 온도를 상기 소화패드(122)를 통해 확인하고, 위험할 경우 차량의 운행을 중단할 수 있다.
상기 소화패드(122)는 복수개의 소화캡슐이 흡착된 것으로 화재의 발생 내부온도 약 120°에서 소화캡슐이 반응하여 터지며 소화약제를 분출하여 화재를 진압할 수 있도록 한 것이다. 즉, 소화캡슐이 터지면서 분출되는 소화약제가 화재의 활성화를 방해하고, 연쇄반응을 억제하여 소화하도록 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 소화패드(122) 내에 온도센서(미도시)를 설치하고, 상기 온도센서를 차량의 BMS(Battery Management System)와 연결하여 자동으로 확인할 수 있도록 할 수 있다.
예컨데, 소화패드(122)에 온도센서를 설치하고 BMS에 소화패드(122)의 온도를 설정한 후 일정온도 이상 상승할 경우 알람이나 경고등이 작동할 수 있도록 하여 차량 내부에서 이를 확인할 수 있도록 하는 동시에 차량의 운행을 멈출 수 있도록 한 것이다.
또한, 상기 소화패드(122)는 플루오르화 케톤을 고분자쉘이 감싸는 형태의 마이크로캡슐을 이용한 제품으로 50~500㎛ 크기로 이루어진다.
여기서, 플루오르화 케톤은 합성유기물질로 물보다 1.6배 무겁고 전기가 통하지 않는 것으로 액체상태에서 기체상태로 빠르게 변하여 화염의 열에너지를 적극적으로 흡수할 수 있다. 또한, 화재 소화시 화학반응을 일으키지 않고 즉시 증발하며 독성이 없어 사람과 환경에 안전하다.
또한, 아래의 소화패드 화재실험 data를 살펴보면 소화패드(122) 사이즈 증대에 따른 소화효과가 우수한 것을 확인할 수 있다. 즉, 소화패드(122)의 사이즈가 크고 약제의 함량이 많을수록 소화 효과가 우수하다.
소화패드 화재 실험 data
구분 PAD SIZE(mm) 소화약제 함량(%) 소화캡슐
사이즈(㎛)		 소화시간 (초)
배터리팩 체적
용량 35L 기준
 100*100*1 70 80~160 8
50 15~50 x
80~160 x
30 80~160 x
100*200*1 70 80~160 5
50 15~50 11
80~160 9
30 80~160 x
180*230*1 70 80~160 3
50 15~50 8
80~160 6
30 80~160 8
따라서, 상기 표 1을 참고하여 설명하면, 소화패드(122)의 사이즈가 100*100*1에 소화약제가 70%으로 함량되고, 소화캡슐의 사이즈가 80~160㎛ 크기일 경우 약 8초의 소화시간이 필요하며, 소화패드(122)의 사이즈가 180*230*1에 소화약제가 70% 함량되고 소화캡슐의 사이즈가 80~160㎛ 크기일 경우에는 약 3초의 소화시간이 필요하게 되어 소화패드(122)의 사이즈가 크고 약제의 함량이 많을수록 소화 효과가 우수한 것을 확인할 수 있다.
한편, 가스켓(130)은 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 소화패드(122)의 하부에 위치되는 것으로, 하우징(110) 내에 설치된 상기 배터리팩(B)에서 올라오는 온기 또는 냉기를 차단하는 동시에 온도에 의해 발생할 수 있는 수분이 상기 소화패드(122)로 향하는 것을 방지하는 역할을 한다.
또한, 상기 가스켓(130)은 소화패드(122)가 부착된 방염포(120)를 하부에서 지지할 수 있도록 한 것으로, 배터리팩(B)에서 화재의 발생시 연소되면서 상측에 지지되고 있는 방염포(120)가 배터리팩(B)으로 낙하될 수 있도록 구성되어 있다.
따라서, 배터리팩(B)에서 폭발 및 화재의 발생시 불에 의해 가스켓(130)이 연소되면서 가스켓(130)에 의해 지지되고 있는 방염포(120)가 하강하게 되며, 동시에 방염포(120)의 테두리에 부착된 소화패드(122)의 소화캡슐이 폭발하면서 소화약제가 분출하여 화재를 진압하게 되는 것이다.
이때, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 가스켓(130)이 안정적으로 상기 하우징(110) 내에 위치되어 방염포(120)를 지지할 수 있게 하우징(110)의 내주면을 따라 가이드홈(112)이 형성되어 있으며, 상기 가스켓(130)에는 상기 가이드홈(112)에 삽입되어 지지될 수 있게 테두리에 지지편(131)이 형성되어 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 배터리팩(B)의 폭발 및 화재의 발생시 하우징(110) 내부의 압력이 상승하게 되면서 하우징(110)에 크랙이 발생하여 폭발 압력 및 화염이 하우징(110) 외부로 전파되는 것을 방지할 수 있게, 도 5에 도시된 바와 같이, 하우징(110)의 일측에 홀 형태의 방폭밸브(113)가 설치된다.
즉, 압력의 변화하지 않는 한 방폭밸브(113)는 닫혀 있는 상태를 유지하고, 폭발 등에 의한 압력의 발생시에는 공기 유량이 통과할 수 있게 설치되어 배터리팩(B)의 폭발로 인한 압력의 변화시 방폭밸브(113)가 개방되면서 압력이 빠져나갈 수 있도록 함으로써, 하우징(110)이 파손되거나 크랙이 발생하는 것을 최소화한다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리팩 커버는 화재 초기 진압을 위한 자동 소화패드(122)가 장착되어 있어 1차로 화재로부터 보호될 수 있으며, 기체 방출이 가능한 방폭밸브(113)를 설치하여 배터리팩(B)이 폭발이나 발화가 발생하여도 하우징(110)이 폭발압력을 견뎌 화재를 최소화할 수 있다.
또한, 배터리팩(B)의 화재 발생시 하우징(110) 내에 방염포(120)를 구비하여 방염포(120)가 화재가 발생된 배터리팩(B)을 덮을 수 있도록 함으로써, 화염이나 열기가 하우징(110) 외부로 전파되는 것을 억제시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
110 : 하우징 111 : 투명창
112 : 가이드홈 113 : 방폭밸브
120 : 방염포 122 : 소화패드
130 : 가스켓 131 : 지지편
B : 배터리팩

Claims (7)

  1. 함체 형상으로 형성되며 내부에 수용공간이 형성되어 배터리팩(B)을 수용할 수 있도록 한 것으로 상면에 투명 난연 PC(폴리카보네이트) 소재로 이루어진 투명창(111)이 형성된 하우징(110)과,
    상기 하우징(110) 내에 설치되며 배터리의 폭발 또는 화재 발생시 배터리팩(B)을 덮어 발화가 확산되는 것을 방지할 수 있도록 한 것으로 테두리를 따라 소화패드(122)가 설치된 방염포(120)와,
    상기 방염포(120)의 하부에 설치되며 상기 방염포(120)를 하부에서 받쳐줄 수 있도록 한 것으로 기밀 및 수밀 목적으로 설치되며 화재 발생시 연소되어 상기 방염포(120)가 배터리팩(B)으로 낙하될 수 있도록 하는 가스켓(130)을 포함하되,
    상기 하우징(110)에는 내주면을 따라 가이드홈(112)이 형성되어 있으며, 상기 가스켓(130)에는 상기 가이드홈(112)에 삽입되어 지지될 수 있게 테두리에 지지편(131)이 형성된 것을 특징으로 하는 화재방지 수단이 구비된 배터리팩 커버.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 소화패드(122)는 온도에 따라 색상이 변경될 수 있으며, 상기 하우징(110)에 형성된 투명창(111)을 통해 이를 확인할 수 있는 것을 특징으로 하는 화재방지 수단이 구비된 배터리팩 커버.
  3. 청구항 1에 있어서 상기 소화패드(122)는 내부에 온도센서가 설치되며 차량의 BMS(Battery Management System)와 연결되어 일정온도 이상 상승시 알람이나 경고등이 작동될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 화재방지 수단이 구비된 배터리팩 커버.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 소화패드(122)는 복수개의 소화캡슐이 흡착된 것으로 화재의 발생 내부온도 약 120°에서 소화캡슐이 반응하여 터지며 소화약제를 분출하여 화재를 진압할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 화재방지 수단이 구비된 배터리팩 커버.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 소화패드(122)는 플루오르화 케톤을 고분자쉘이 감싸는 형태의 마이크로캡슐을 이용한 제품으로 50~500㎛ 크기로 이루어진 것을 특징으로 하는 화재방지 수단이 구비된 배터리팩 커버.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 하우징(110)의 일측에는 홀 형태의 방폭밸브(113)가 설치된 것을 특징으로 하는 화재방지 수단이 구비된 배터리팩 커버.
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