KR102416007B1 - 친환경 소화액을 이용한 배터리 소화시스템 - Google Patents

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조흥환
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Abstract

본 발명은 전기자동차, 에너지저장시스템, 발전소, 전기충전소 등에 설치되는 배터리에 발생한 화재를 소화하기 위한 친환경 소화액을 이용한 배터리 소화시스템에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 친환경 소화액을 이용한 배터리 소화시스템은 복수 개의 배터리셀이 각각 수용되는 배터리공간을 갖는 배터리케이스, 상기 배터리케이스에 설치되어 상기 배터리셀에 화재를 감지하여 소화액을 분사하는 소화분사부, 상기 소화분사부로 소화액을 공급하는 소화액공급부, 및 상기 배터리셀의 이상여부를 감지하여 상기 소화분사부를 제어하는 분사컨트롤러를 포함하는 친환경 소화액을 이용한 배터리 소화시스템에 있어서, 상기 분사컨트롤러는 상기 배터리셀의 온도를 감지하는 온도감지센서, 상기 배터리셀에서 발생하는 연기를 감지하는 연기감지센서, 및 상기 배터리셀의 압력을 감지하는 압력감지센서 중 둘 이상을 포함하고, 둘 이상에서 감지된 정보를 기초로 화재의 발생을 판단하여 상기 소화분사부를 통해 상기 배터리셀에 소화액을 분사하며, 상기 소화분사부는 상기 분사컨트롤러에서 화재를 감지 시에 상기 배터리셀이 위치한 방향으로 이동하고 상기 배터리셀에 관통하여 복수 개의 단락점을 형성함으로써 상기 배터리셀을 신속하게 방전시킴과, 동시에 상기 배터리셀의 관통한 내부로 소화액을 분사하는 복수 개의 단락분사노즐을 갖는 가동부재를 포함한다. 따라서, 배터리 화재의 발생시 신속하게 진압할 수 있다.

Description

친환경 소화액을 이용한 배터리 소화시스템{Battery fire extinguishing system using eco-friendly fire extinguishing liquid}
본 발명은 전기자동차, 에너지저장시스템, 발전소, 전기충전소 등에 설치되는 배터리에 발생한 화재를 소화하기 위한 친환경 소화액을 이용한 배터리 소화시스템에 관한 것이다.
일반적으로 2차전지는 충전하여 재사용할 수 있으며, 근래에는 충방전효율이 높은 리튬이온 전지를 많이 사용하고 있다.
리튬이온 전지는 상대적으로 부피가 작고 충방전효율이 높아 에너지저장시스템, 전기자동차, 발전소, 충전소 뿐만 아니라 휴대기기까지의 사용이 증대되고 있다.
하지만, 리튬이온 전지는 음극재와 양극재의 사이에 얇은 분리막이 설치되기 때문에 분리막이 충격에 의해 손상되거나, 노후화 또는 덴트라이트의 상장에 따라 음극재와 양극재에 단락이 발생하면서 화재가 발생하여 특히 대형설비에는 막대한 재산상의 손해가 발생하는 문제점이 있었다.
이를 해결하기 위해 종래에는 한국등록특허공보 제10-1706717호(2017.3.9.공고)의 "에너지 저장시스템의 배터리팩 화재예방장치"가 개시된 바가 있었다.
이러한 종래의 에너지 저장시스템의 배터리팩 화재예방장치는 컨테이너의 내부에 내장되고, 내부에 상,하로 복수의 배터리모듈이 적층되도록 배열되는 트레이와; 상기 트레이에 적층된 배터리모듈을 향해 배치되며, 상기 복수의 배터리모듈의 온도를 계측하고, 이상 발생시 제어부측으로 신호를 출력하는 열감지수단과; 상기 열감지수단으로부터 출력된 신호를 인가받아 해당되는 배터리모듈로 공급되는 전원을 차단하는 제어신호를 출력하는 제어부와; 상기 제어부의 제어신호에 따라 각각의 배터리모듈에 전원을 선택적으로 공급하는 전원공급부와; 상기 트레이의 타측에 배치되고, 일측에 복수의 차단판이 서로 이격되도록 상,하로 형성되며, 상기 복수의 배터리모듈에 화재 발생시 제어부에 의해 동작되는 액튜에이터의 이동력에 의해 각 차단판의 단부가 상기 트레이의 내부로 진입되면서 상기 적층된 복수의 배터리모듈을 구획되게 차단하는 차단블록; 및 상기 차단블록의 타측에 배치되고, 상기 제어부의 신호가 인가됨에 따라 상기 차단블록을 트레이측으로 이동시키는 로드를 갖는 액튜에이터;를 포함하고, 상기 차단블록은 일측에 형성되고 상기 트레이에 배열되는 배터리모듈들의 이격거리에 대응되도록 이격되게 형성되고 단부가 상기 트레이의 내부로 진입 가능하게 상기 트레이의 타측면에 형성된 삽입공에 각각 결합되는 복수의 차단판과, 일측면에 상기 차단판의 단부들이 연결되고 타측면에 상기 로드와 연동되도록 연결되는 지지플레이트로 구성되었다.
이러한 종래의 에너지 저장시스템의 배터리팩 화재예방장치는 배터리모듈의 온도가 일정 온도이상으로 상승하거나, 배터리모듈에 화재가 발생할 경우 배터리모듈측에 공급되는 전원을 차단하고, 화재의 번짐을 예방할 수 있도록 하고 소화수단에 의해 소화액을 분사하여 화재의 발생을 예방할 수 있었다.
하지만, 종래의 에너지 저장시스템의 배터리팩 화재예방장치는 배터리모듈의 외부에서 소화액을 분사하기 때문에 배터리모듈의 내부에서 화재의 발생을 전혀 예측하기 어려워 배터리모듈에서 화재가 확산되고 배터리모듈에 압력이 높아지면서 폭발이 발생하는 등 화재를 진압하는 효과가 미미하였다.
또한, 소화액이 생분해되지 않아 환경오염이 발생하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 복수 개의 감지센서에 의해 배터리셀의 화재발생을 정확하게 판단하여 화재를 진압할 수 있을 뿐만 아니라, 배터리셀의 내부로 단락분사노즐이 관통하여 소화액을 분사하고 복수 개의 단락점을 형성하여 신속하게 전류를 방전시켜 신속하게 화재를 진압하고 화재의 확산을 최소화할 수 있는 친환경 소화액을 이용한 배터리 소화시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 배터리셀에 단락분사노즐이 관통할 때, 셀단선작동부에 의해 연결단자에서 배터리셀이 전기적으로 분리되어 인접한 배터리셀이 화재에 따라 손상이 발생하고, 화재가 발생한 배터리셀에 전류가 집중하여 화재가 확산되는 것을 방지할 수 있는 친환경 소화액을 이용한 배터리 소화시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 배터리셀의 하부에 배기핀이 설치되어 셀단선작동부에 의해 배터리셀이 하향될 때, 배터리셀의 하부를 배기핀이 관통하여 연기를 배기하기 때문에 배터리셀의 팽창에 따른 폭발을 방지할 수 있으며, 배터리셀의 하부에 소화액이 모이는 소화공간이 형성되어 배터리셀의 화재를 용이하게 진압할 수 있는 친환경 소화액을 이용한 배터리 소화시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 소화액을 용매와 소화혼합물을 혼합하여 공급하기 때문에 화재가 발생하지 않았을 때에는 용매를 팽창공급팩으로 공급하여 배터리셀을 냉각시킴에 따라 배터리셀의 효율을 향상시킬 수 있는 친환경 소화액을 이용한 배터리 소화시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 소화액을 생분해성이 가능한 물질로 구성하여 환경오염의 발생을 방지할 수 있는 친환경 소화액을 이용한 배터리 소화시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 친환경 소화액을 이용한 배터리 소화시스템은 복수 개의 배터리셀이 각각 수용되는 배터리공간을 갖는 배터리케이스, 상기 배터리케이스에 설치되어 상기 배터리셀에 화재를 감지하여 소화액을 분사하는 소화분사부, 상기 소화분사부로 소화액을 공급하는 소화액공급부, 및 상기 배터리셀의 이상여부를 감지하여 상기 소화분사부를 제어하는 분사컨트롤러를 포함하는 친환경 소화액을 이용한 배터리 소화시스템에 있어서, 상기 분사컨트롤러는 상기 배터리셀의 온도를 감지하는 온도감지센서, 상기 배터리셀에서 발생하는 연기를 감지하는 연기감지센서, 및 상기 배터리셀의 압력을 감지하는 압력감지센서 중 둘 이상을 포함하고, 둘 이상에서 감지된 정보를 기초로 화재의 발생을 판단하여 상기 소화분사부를 통해 상기 배터리셀에 소화액을 분사하며, 상기 소화분사부는 상기 분사컨트롤러에서 화재를 감지 시에 상기 배터리셀이 위치한 방향으로 이동하고 상기 배터리셀에 관통하여 복수 개의 단락점을 형성함으로써 상기 배터리셀을 신속하게 방전시킴과, 동시에 상기 배터리셀의 관통한 내부로 소화액을 분사하는 복수 개의 단락분사노즐을 갖는 가동부재를 포함한다.
상기 소화분사부는 상기 가동부재에 겹쳐져 상기 소화액을 공급받아 팽창하며 상기 가동부재를 상기 배터리셀이 위치한 방향으로 이동시켜 상기 단락분사노즐이 상기 배터리셀을 관통하는 가압력을 제공하는 팽창공급팩을 포함할 수 있다.
상기 소화분사부는 상기 가동부재가 상기 배터리셀이 위치한 방향으로 이동할 때 상기 배터리공간에서 상기 배터리셀을 하향 이동시켜 상기 배터리셀이 서로 연결된 단자로부터 단선시키는 셀단선작동부를 포함할 수 있다.
상기 배터리케이스는 상기 셀단선작동부에 의해 상기 배터리셀이 하향 이동할 때, 상기 배터리셀의 하부를 관통하여 상기 배터리셀의 내부에서 발생하는 연기를 외부로 배기하는 배기핀을 포함할 수 있다.
상기 소화액공급부는 상기 배터리셀을 냉각시키기 위해 냉매로써 사용되는 용매를 상기 배터리케이스로 공급하는 용매탱크, 및 상기 분사컨트롤러에서 화재를 감지 시 상기 용매에 소화혼합물을 혼합하여 화재를 진압하도록 상기 용매탱크에 상기 소화혼합물을 공급하는 혼합물탱크를 포함할 수 있다.
상기 용매는 염소이온을 제거한 물을 포함할 수 있다.
상기 소화혼합물은 상기 용매에 기포를 발생시키는 기포제, 상기 기포를 안정시키는 기포안정제 상기 기포가 쉽게 꺼지는 것을 방지하는 기포보조제, 및 상기 소화혼합물의 결빙온도를 낮추는 유동점 강하제를 포함할 수 있다.
상기 기포제는 생분해성을 갖는 베타인(betaine)계 계면활성제를 포함할 수 있다.
상기 기포안정제는 생분해성을 갖는 고흡수성 셀루로즈, 상기 고흡수성 셀루로즈의 내화성을 향상시키기 위한 폴리아미드, 및 이당류를 혼합할 수 있다.
상기 기포보조제는 생분해성을 갖는 야자유계 계면활성제를 포함할 수 있다.
상기 기포보조제는 내화성을 높이고, 산소공급차단성을 향상시키기 위한 우레아를 포함할 수 있다.
상기 유동점 강하제는 생분해성을 갖는 글리세린, 프로필렌 글리콜, 캐비톨을 혼합한 것을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 배터리의 화재발생을 둘 이상의 감지센서가 감지하는 경우 화재의 발생으로 판단하여 오작동사고의 발생을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 화재가 발생한 배터리셀에 단락분사노즐이 관통하여 화재가 발생한 지점 외의 복수 개의 단락점을 형성하여 전류를 신속하게 방전함으로써, 화재의 확산을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 단락분사노즐이 배터리셀의 내부에 소화액을 분사하기 때문에 신속한 화재진압이 가능하다.
또한, 화재의 발생 시 가동부재가 이동하면서, 셀단선작동부가 작동하여 화재가 발생한 배터리셀을 다른 배터리셀에서 전기적으로 분리함으로써, 화재가 발생한 배터리셀의 전류집중을 방지하고, 화재로 인해 다른 배터리셀의 손상을 방지할 수 있다.
또한, 셀단선작동부에 의해 배터리셀이 하부로 이동 시에 배기핀이 배터리셀의 하부를 관통하여 배터리셀이 팽창하는 폭발을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 배터리셀의 화재발생 시에 배터리케이스의 하부에 형성된 소화공간으로 화염을 유도하여 화재를 용이하게 진압할 수 있다.
또한, 소화액이 용매와 소화혼합물이 혼합되면서 공급되기 때문에 화재가 발생하지 않을 때에는 용매를 순환시켜 배터리셀을 냉각시킴으로써, 배터리셀의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 소화액을 생분해가 가능한 물질들로 구성하여 환경오염의 발생을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 친환경 소화액을 이용한 배터리 소화시스템을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 친환경 소화액을 이용한 배터리 소화시스템을 개략적으로 도시한 측단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 친환경 소화액을 이용한 배터리 소화시스템을 구성하는 소화분사부를 분해한 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 친환경 소화액을 이용한 배터리 소화시스템의 일부룰 도시한 측단면도로써, 약재분사부가 작동하기 이전의 상태를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 친환경 소화액을 이용한 배터리 소화시스템의 일부룰 도시한 측단면도로써, 약재분사부가 작동하는 상태를 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 설명하도록 한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 친환경 소화액을 이용한 배터리 소화시스템(100)은 배터리케이스(120)를 포함할 수 있다.
배터리케이스(120)는 복수 개의 배터리셀(110)을 수용하여 복수 개의 배터리셀(110)을 직렬 또는 병렬로 연결하여 전원을 공급할 수 있다.
여기서, 배터리셀(110)은 음극재와 양극재의 사이에 분리막으로 구현된 배터리구성체가 말린 형태로 배터리팩에 의해 밀봉된 형태일 수 있으며, 배터리셀(110)은 리튬이온 배터리와 같이 전해질을 이용하는 전해질 배터리이거나, 전고체를 이용한 전고체 배터리일 수도 있다.
배터리케이스(120)에는 외부로 전원을 공급하도록 외부로 노출되는 전원단자가 설치될 수 있으며, 전원단자는 음극단자와 양극단자를 포함할 수 있다.
배터리케이스(120)의 내부에는 복수 개의 배터리셀(110)을 각각 수용하는 배터리공간(123)이 형성될 수 있으며, 배터리케이싱의 상부는 개방되어 수용공간에 배터리셀(110)을 설치한 상태에서 케이스커버(121)에 의해 밀폐될 수 있다.
배터리케이스(120)의 하부에는 하기에 설명할 소화액 및 연소가스를 수용하는 소화공간(129)이 형성될 수 있으며, 소화공간(129)에는 소화액 또는 연소가스를 배터리케이스(120)의 외부로 방출하기 위한 배출구(128)가 형성될 수 있다.
이때, 소화공간(129)과 배터리공간(123)의 하부는 서로 연통될 수 있다.
배터리케이스(120)의 배터리공간(123)을 구획하는 각 격벽(125)의 내부에는 격벽공간(127)이 형성될 수 있으며, 격벽공간(127)에는 하기에 설명할 소화분사부(130)가 설치될 수 있다.
격벽(125)의 둘레 중 일면에는 배터리공간(123)과 격벽공간(127)을 연통하여 하기에 설명할 소화분사부(130)의 단락분사노즐(133)이 격벽공간(127)에서 배터리공간(123)으로 출몰하는 출몰공(125a)이 단락분사노즐(133)과 대응되는 위치와 개수로 형성될 수 있다.
이때, 출몰공(125a)은 배터리공간(123)으로 돌출된 단락분사노즐(133)이 상하로 이동할 수 있도록 상하로 긴 장공의 형태로 형성될 수 있다.
배터리공간(123)과 대응되는 소화공간(129)의 바닥 부분에는 배터리공간(123)에 수용된 배터리셀(110)이 하향 이동할 때, 배터리셀(110)의 하부를 관통하여 화재시 발생하는 연기 및 소화액을 배출하기 위한 배기핀(129a)이 돌출되어 형성될 수 있다.
배기핀(129a)은 상부로 갈수록 뾰족한 형상의 파이프의 형태로 형성되며, 배기핀(129a)에서 소화공간(129)에 위치하는 부분에는 배기핀(129a)을 통해 배기되는 소화액 또는 연기가 소화공간(129)으로 안내하는 배기공이 형성될 수 있다.
그리고 배터리공간(123)의 하부에는 배터리공간(123)에 수용된 배터리셀(110)이 배기핀(129a)에 접촉되어 손상되는 것을 방지하도록 배기핀(129a)의 끝단에서 배터리셀(110)을 탄성력에 의해 지지하는 셀지지스프링(129b)이 설치될 수 있다.
도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 친환경 소화액을 이용한 배터리 소화시스템(100)은 소화분사부(130)를 포함할 수 있다.
소화분사부(130)는 화재가 발생한 배터리셀(110)에 소화액을 분사하여 화재를 진압할 수 있다.
소화분사부(130)는 배터리공간(123)을 구획하는 격벽(125)에 형성된 격벽공간(127)마다 설치되어 각 격벽공간(127)에서 일측에 위치하는 배터리공간(123)에 설치된 배터리셀(110)에 각각 소화액을 분사할 수 있다.
소화분사부(130)는 가동부재(131), 팽창공급팩(135), 그리고, 셀단선작동부(137)를 포함할 수 있다.
가동부재(131)는 단락분사노즐(133)이 인접한 배터리공간(123)으로 출몰할 수 있도록 격벽공간(127)에서 이동할 수 있다.
가동부재(131)는 판의 형상으로 형성되고, 가동부재(131)의 일면에는 복수 개의 단락분사노즐(133)이 돌출되어 형성될 수 있다.
단락분사노즐(133)은 격벽공간(127)의 내부에 수용된 상태에서 가동부재(131)의 이동에 따라 배터리공간(123)으로 노출되면서, 배터리공간(123)에 설치되는 배터리셀(110)을 관통하여 배터리셀(110)에 꽂아짐으로써, 배터리셀(110)의 음극재와 양극재 및 분리막을 관통하여 복수 개의 단락점을 형성할 수 있다.
예컨대, 배터리셀(110)에서 자연적으로 발생하는 화재는 덴트라이트의 성장, 충격에 의한 분리막의 손상, 노후화 또는 과충전에 따라 음극재와 양극재가 통전되면서 아크가 발생하고, 단락이 발생한 부분에서 배터리셀(110)의 전류가 집중되면서 순식간에 가열되는 열폭주 현상에 의해 큰 화재로 진화한다.
이에 따라 각 단락분사노즐(133)은 배터리셀(110)에서 자연적으로 단락이 발생하는 부분 외에 다른 부분에도 인위적으로 단락이 발생하는 단락점을 복수 개를 형성함으로써, 자연적으로 단락이 발생하는 부분으로 집중되는 전류를 여러 군데로 분산시켜 방전시킴에 따라 열폭주 현상의 발생을 최소화하기 때문에 열폭주에 의해 큰 화재로 진화하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 단락분사노즐(133)의 둘레에는 소화액을 분사하는 분사공(135c)이 형성되어 배터리팩을 관통하여 배터리셀(110)의 내부까지 관통하는 단락분사노즐(133)에서 소화액을 분사함으로써, 화재를 신속히 진압할 수 있다.
또한, 배터리셀(110)에 화재가 발생하면, 화재에 따른 연기에 의해 배터리팩이 팽창하면서 폭발하는 데, 단락분사노즐(133)은 배터릭팩을 관통하기 때문에 배터리팩의 팽창에 따른 폭발을 방지할 수 있다.
단락분사노즐(133)은 인접한 배터리셀(110)을 향해 뾰족한 형상으로 형성될 수 있으며, 단락분사노즐(133)은 전기전도성 재료로 형성되어 배터리셀(110)을 관통 시에 강제적인 단락을 발생할 수 있다.
가동부재(131)도 전도성부재로 형성되며, 각 격벽공간(127)에 설치되는 가동부재(131)는 방전장치와 전기적으로 연결되어 단락분사노즐(133)이 배터리셀(110)을 관통하여 단락시킬 때, 전류를 신속히 방전시킴으로써, 전류의 집중에 따른 열폭주 현상을 최소화할 수 있다.
가동부재(131)의 내부에는 각 단락분사노즐(133)로 소화액을 공급하는 공급유로(131a)가 형성될 수 있으며, 가동부재(131)는 한 쌍의 플레이트의 사이에 공급유로(131a)를 식각 또는 기계적인 연마에 의해 형성한 후, 서로 접합한 형태일 수 있다.
가동부재(131)의 단락분사노즐(133)이 설치된 일면에 대해 반대방향에 위치하는 타면에는 공급유로(131a)로 소화액을 공급하는 공급공(131b)이 공급유로(131a)와 연결되어 형성될 수 있다.
공급공(131b)에는 미리 설정된 압력보다 높은 압력으로 소화액이 공급될 경우, 파열되면서, 공급유로(131a)로 소화액을 공급하는 파열막(131c)이 설치될 수 있다.
팽창공급팩(135)은 단락분사노즐(133)에서 소화액을 분사할 수 있도록 가동부재(131)로 소화액을 공급할 수 있다.
팽창공급팩(135)은 밀봉된 봉투의 형태로 수축된 상태에서 소화액이 미리 설정된 압력으로 공급되면 팽창할 수 있으며, 팽창공급팩(135)은 격벽공간(127)에 설치되어 팽창 시에 가동부재(131)를 격벽공간(127)에서 단락분사노즐(133)이 형성된 방향으로 밀어 단락분사노즐(133)을 출몰공(125a)을 통해 돌출시킬 수 있다.
팽창공급팩(135)은 가동부재(131)에 겹쳐져 부착될 수 있으며, 팽창공급팩(135)에는 가동부재(131)의 공급공(131b)과 대응되는 위치에 팽창공급팩(135)으로 공급되는 소화액을 가동부재(131)로 공급하기 위한 팩공(135c)이 관통형성될 수 있다.
이때, 팽창공급팩(135)이 팽창되는 압력은 공급공(131b)에 설치되는 파열막(131c)이 파열되는 압력보다 낮은 압력에서 팽창되고, 팽창공급팩(135)이 완전히 팽창되어 가동부재(131)의 단락분사노즐(133)이 출몰공(125a)으로 돌출되면 파열막(131c)이 파열되면서 가동부재(131)의 공급공(131b)으로 팽창공급팩(135)에 공급된 소화액을 공급할 수 있다.
팽창공급팩(135)에는 소화액이 공급되는 팩공(135c)급구(135a)와 공급된 소화액이 배출되는 팩배출구(135b)가 형성될 수 있으며, 팽창공급팩(135)은 일반적인 상황에서는 팩공(135c)급구(135a)와 팩배출구(135b)가 모두 개방되어 팩공(135c)급구(135a)로 소화액이 공급되어 팽창공급팩(135)으로 공급되고, 팽창공급팩(135)으로 공급된 소화액은 팩배출구(135b)로 배출되면서 팽창공급팩(135)이 수축된 상태에서 소화액이 순환하며 배터리를 냉각시키는 기능을 수행할 수 있다.
반면, 화재의 발생 시에는 팩배출구(135b)가 밀폐되면서, 팩공(135c)급구(135a)로만 소화액이 공급됨에 따라 팽창공급팩(135)이 팽창되면서, 가동부재(131)를 가동시킬 수 있다.
셀단선작동부(137)는 단락분사노즐(133)이 배터리공간(123)으로 돌출되도록 가동부재(131)가 이동할 때, 배터리공간(123)에서 배터리셀(110)을 하향 이동시켜 배터리셀(110)을 서로 연결하는 연결단자(115)에서 배터리셀(110)을 분리할 수 있다.
셀단선작동부(137)는 가이드돌기(137a)와 가이드홈(137b)을 포함할 수 있다.
가이드돌기(137a)는 가동부재(131)의 상부 및 하부의 양측에서 외측을 향해 돌출되어 형성될 수 있으며, 가이드홈(137b)은 격벽공간(127)에서 가이드돌기(137a)와 대응되는 격벽공간(127)의 내면에 형성될 수 있다.
가이드홈(137b)은 가동부재(131)가 배터리셀(110)이 위치한 방향으로 이동할 때, 가동부재(131)가 하향되도록 단락분사노즐(133)이 격벽공간(127)으로 삽입된 상태에서 출몰공(125a)으로 노출되는 방향으로 갈수록 하향되는 경사를 가지도록 형성될 수 있다.
셀단선작동부(137)는 팽창공급팩(135)이 팽창하면서, 가동부재(131)가 배터리셀(110)을 관통하기 위해 배터리셀(110)이 위치한 방향으로 이동하면, 가이드돌기(137a)가 하향 경사진 가이드홈(137b)을 따라 이동하면서 배터리셀(110)을 관통한 단락분사노즐(133)에 의해 배터리공간(123)에서 배터리셀(110)이 하향되는 형태로 배터리셀(110)의 상부를 전기적으로 연결하는 연결단자(115)로부터 배터리셀(110)을 분리할 수 있다.
이때, 배터리셀(110)은 셀단선작동부(137)의 작동에 의해 배터리공간(123)에서 하향 이동하면서, 배터리셀(110)을 지지하는 셀지지스프링(129b)을 압축하면서, 배터리셀(110)의 하부에 위치하는 배기핀(129a)에 배터리셀(110)의 하단부가 관통하여 꽂혀지는 형태로 배기핀(129a)에 배터리셀(110)이 연결될 수 있다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 친환경 소화액을 이용한 배터리 소화시스템(100)은 소화액공급부(140)를 포함할 수 있다.
소화액공급부(140)는 배터리셀(110)의 화재를 진압하기 위한 소화액을 단락분사노즐(133)을 통해 배터리셀(110)의 내부로 분사할 수 있도록 팽창공급팩(135)을 통해 가동부재(131)로 소화액을 공급할 수 있다.
소화액공급부(140)는 팽창공급팩(135)에 용매만을 공급하거나, 용매와 소화혼합물을 혼합하여 소화액을 제조한 후 공급할 수 있다.
예컨대, 소화액공급부(140)는 일반적인 상황에서는 용매를 팽창공급팩(135)으로 공급하여 용매에 의해 격벽공간(127)과 열교환하는 형태로 수용공간에 설치되는 배터리셀(110)의 온도를 낮춰 배터리셀(110)의 효율을 향상시키고, 화재 시에는 용매에 소화혼합물을 첨가하여 팽창공급팩(135)으로 공급하여 화재를 진압할 수 있다.
소화액공급부(140)는 용매를 충전되는 용매탱크(141)와 소화혼합물이 충전되는 혼합물탱크(143)가 서로 직결되어 연결되며, 용매탱크(141)에는 용매 또는 소화액을 팽창공급팩(135)에 공급하기 위해 팩공(135c)급구(135a)와 연결되는 탱크공급구와 팽창공급팩(135)으로 공급된 용매를 다시 용매탱크(141)로 저장하기 위해 팽창공급팩(135)의 팩배출구(135b)와 연결되는 탱크리턴구가 형성될 수 있다.
용매탱크(141)와 혼합물탱크(143)를 서로 연결하는 배관에는 하기에 설명할 분사컨트롤러(150)에 의해 제어되어 혼합물탱크(143)에서 용매탱크(141)로 소화혼합물을 공급하거나 차단하는 혼합밸브(145)가 설치될 수 있다.
이때, 혼합밸브(145)는 용매에 대해 소화혼합물을 혼합할 수 있는 비율을 설정하여 비율에 맞춰 혼합물탱크(143)에서 용매탱크(141)로 공급할 수 있다.
용매탱크(141)는 각 팽창공급팩(135)과 공급호스에 의해 연결되는 분배기(147)를 통해 원하는 위치의 팽창공급팩(135)으로 용매 또는 소화액을 공급하거나, 팽창공급팩(135)으로 공급된 용매를 다시 용매탱크(141)로 제공할 수 있다.
그리고, 도면에는 도시되지 않았지만, 용매탱크(141)에서 팽창공급팩(135)으로 용매 도는 소화액을 공급할 때에는 압력을 증대시켜 공급하는 가압펌프가 설치되어 용매를 순환시키거나 소화액의 공급압력을 증대시켜 공급할 수 있다.
소화액공급부(140)는 냉각기(149)를 포함할 수 있다.
냉각기(149)는 용매탱크(141)에 저장된 용매를 냉각시켜 팽창공급팩(135)으로 공급할 수 있다.
냉각기(149)는 응축기, 팽창밸브, 증발기, 압축기를 냉매가 순환하여 냉각되는 공지된 형태의 냉동사이클로 구성될 수 있으며, 냉각기(149)는 용매탱크(141)에 저장된 용매와 열교환하여 용매를 냉각시킬 수 있다.
여기서, 용매는 환경오염을 방지하는 동시에 절연성을 확보하기 위해 염소이온을 제거한 물일 수 있다.
용매와 소화혼합물은 미리 설정된 비율로 혼합될 수 있으며, 용매 100 중량부 당 소화혼합물은 70 중량부 내지 90 중량부가 혼합될 수 있다.
소화혼합물은 기포제, 기포안정제, 기포보조제, 및 유동점 강하제를 포함할 수 있으며, 기포제, 기포안정제, 기포보조제, 유동점 강하제, 및 소화첨가제가 미리 설정된 비율로 혼합될 수 있다.
기포제는 용매에 혼합되어 분사 시에 기포를 형성할 수 있다.
기포제는 생분해성을 갖으며 인체나 환경에 독성이 적은 베타인(betaine)계 계면활성제가 사용될 수 있으며, 실시예에서는 기포제로서, 베타인계 계면활성제 중에 알킬프로필베터인 양쪽성 계면활성제를 사용하였다.
기포안정제는 기포제에 의해 발생한 기포를 유지할 수 있도록 기포를 안정화시킬 수 있으며, 기포제로는 환경오염을 방지하기 위해 생분해성을 갖는 고흡수성 셀루로즈가 사용될 수 있으며, 고흡수성 셀룰로즈는 카르복시셀루로즈(Carboxymethyl cellurose)와 하이드록시셀루로즈(Hydroxy cellurose) 중 어느 하나이거나, 둘을 혼합한 형태일 수도 있다.
여기서, 기포안정제로 사용되는 고흡수성 셀루로즈는 내유성 및 내화성이 취약하기 때문에 고흡수성 셀루로즈에 폴리아미드와 이당류를 미리 설정된 비율로 혼합하여 사용될 수 있다.
기포보조제는 발생한 기포의 내화성을 증진하고 기포의 안정성을 향상시키며, 산소공급차단성을 향상시킬 수 있으며, 기포보조제로는 환경오염을 방지하기 위해 생분해성이 우수한 야자유계 계면활성제가 사용될 수 있으며, 실시예에서는 기포보조제로서, 야자유계 계면활성제 중에 코코아 아세테이트(Cocoamphodiacetate)가 적용될 수 있다.
또한, 기포보조제로는 우레아(Urea)를 더 추가하여 내화성 및 기포안정성, 그리고 산소공급차단성을 더욱 향상시킬 수 있다.
그리고 기포보조제로써는 알킬기의 탄소수가 8 내지 16 범위내인 알킬베타인, 알킬디메틸베타인, 알킬프로필베타인, 이미다졸리니움베타인, 알킬프로필베타인, 라우릴베타인 및 코코암포카복시글리시네이트계 계면활성제가 사용될 수도 있다.
유동점 강하제는 분사되는 압력에 따라 소화액이 온도가 낮아짐에 따라 결빙의 발생을 방지하기 위한 결빙온도를 낮출 수 있다.
유동점 강하제는 에틸렌글리콜, 프로필렌에틸렌글리콜, 및 폴리에틸렌글리콜, 글리세린, 메틸프로판다이올,1,2-헥산다이올, 중 선택된 하나 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다.
유동점 강하제로는 생분해성을 위해 글리세린(Glyceline), 프로필렌 글리콜(Propylene Glycol), 캐비톨(Diethyleneglycolether) 중 선택된 하나 이상을 미리 설정된 비율로 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.
소화첨가제는 소화에 도움을 줄 수 있으며, 소화첨가제로는 디프로필렌글리콜, 탄산나트륨, 중탄산나트륨, 황산나트륨, 인산나트륨, 요소, 탄산수소칼륨,붕산나트륨, 에탄올, 메탄올 및 이소프로필알코올 중 선택된 하나 이상이 혼합되어 첨가될 수 있다.
그리고, 소화첨가제에는 디카르복실솔트와 소듐실리케이트를 중량비 5:1로 더 혼합될 수 있다.
소화혼합물에는 냉각과 연소반응의 소화효과를 높이기 위해 팽창질석 또는 규산염 중 어느 하나 또는 둘 모두를 혼합 것이 더 혼합될 수 있으며, 팽창질석 또는 규산염은 분사되는 과정에서 막힘을 방지하기 위해 100mesh 이상 500mesh 이하의 집도를 갖는 분말의 형태일 수 있다.
여기서, 소화혼합물에 팽창질석 또는 규산염이 포함되는 경우, 금속화재를 용이하게 진압할 수 있다.
이와 같이 구성된 소화혼합물은 대부분의 구성이 생분해성을 갖기 때문에 분사된 후의 환경오염의 발생을 최소화하는 동시에 기존의 소화액보다는 화재의 진화성이 우수하다.
출원인은 화재진화의 우수성을 입증하기 위해 하기의 실험을 시험하였다.
[실시예 1]
용매인 염소이온을 제거한 용매인 정재수 100 중량부 당 소화액혼합물 50 중량부를 혼합하였으며, 소화핵혼합물은 소화보조제인 에틸렌글리콜 15중량부, 프로필린글리콜 5중량부, 글리세린 10중량부 1,2-헥산다이올 5중량부, 기포제인 탄산수소칼륨 0.7중량부, 기포보조제인 요소 5.3중량부를 혼합하여 소와액을 제조하였다.
[실시예 2]
실시예 1의 100중량부 당 팽창질석 분말을 12중량부를 혼합하였다.
[실시예 3]
실시예 2에 규산염 분말 0.5 중량부를 혼합하였다.
[비교예 1]
시중에 판매되는 분말 소화기이다.
[비교예 2]
시중에 판매되는 팽창질석 소화기이다.
상기한 실시예 1, 2, 3과 비교예 1, 5를 하기의 시험방법에 의해 시험을 수행하였다.
[시험 방법]
에어로졸 소화용구를 사용하여 소화시험을 실시하였다. “에어로졸 소화용구”란 소방 승인 기준 중 하나인 소화기의 형식승인 및 제품검사의 기술기준에서 규정하는 소화능력단위가 1미만이고, 소화약제의 중량이 0.7kg 미만이며, 소화용구에 충전하는 소화약제 용기 내 충전압력은 (35 ± 0.5) ℃에서 0.8 ㎫(8 ㎏/㎠) 이하인 소화 용구이다. “소화용구”란 소화제가 충전되어 소화용으로 사용하는 소화기구를 말한다.
[제1 시험 - pH 측정]
실시예 1 내지 3, 및 비교예 1 내지 2의 소화액의 pH 측정을 실시하여 하기 표 1에 나타내었다.
[제2 시험 - 표면장력 측정]
실시예 1 내지 3, 및 비교예 1 내지 2의 소화액의 pH 측정을 실시하여 하기 표 1에 나타내었다.
[제3 시험 - 비중 측정]
실시예 1 내지 3, 및 비교예 1 내지 2의 소화액을 20℃의 온도에서 측정하여 하기 표1에 나타내었다.
[제4 시험 - 종이화재 시험]
안지름 28 ㎝, 높이 30 ㎝의 철제원통 휴지통의 중앙부에 안지름 2.8 ㎝의 원통을 넣고 그 주위에 신문지(세로 약 54 ㎝, 가로 약 79cm의 보통종이 1/4의 크기로 한다.) 40매 (중량 약 240 g)를 뭉쳐서 균등 하게 걸쳐 쌓는다. 0.3 g의 탈지면을 에탄올에 담근 후 원통안에 넣고 불을 붙인 다음 즉시 원통을 뽑아내고 3분간 연소시킨 후 소화시험을 한 경우 잔 염이 없어야 하며, 2분이내에 다시 불타지 아니하여야 한다. 상기 기준에 적합한 경우 소화로 판정하였다.
[제5 시험 - 섬유화재시함]
폭 190 ㎝, 높이 175 ㎝의 두터운 섬유(아크릴 100 %, (50 ± 2 ℃) 온도에서 24시간 정치한 후의 무게가 약 1.35 ㎏의 것 중앙부를 묶은 상태로 천정에서 50 ㎝ 아래에 섬유 상부가 오도록 설치하고 가로 50 ㎝, 세로 10 ㎝, 높이 5 ㎝의 화재모형에 물 500 mL 및 노말헵탄 25 mL를 넣고 불을 붙인 다음 50초간 연소시킨 후 소화시험 을 한 경우 잔염이 없어야 하며, 2분 이내에 다시 불타지 아니하여야 한다. 상기 기준에 적합한 경우 소화로 판 정하였다.
[제6 시험 - 식용유기름화재 시험]
지름 30 ㎝, 높이 5 ㎝의 튀김냄비에 700 mL의 대두유(발화점이 섭씨360 ℃이상 370 ℃까지의 범위로 한다)를 넣고 가스레인지로 400 ℃까지 가열한 후 가스레인지의 불을 끄고 소화시험을 한 경우 잔염이 없어야 하며, 1분 이내에 다시 불타지 아니하여야 한다. 상기 기준에 적합한 경우 소화로 판정하였다.
[제7 시험 - 목재화재시험]
일변의 길이가 100 ㎝의 정방형으로 두께가 10 ㎝의 소나무 목재의 중앙부에 헥사메틸렌테트라민 (중량 0.15 g, 지름 6.4 ㎜, 두께 4.3 ㎜의 것)으로 불을 붙인 다음 90초간 연소시킨 후 소화시험을 한 경우 잔 염이 없어야 하며, 2분 이내에 다시 불타지 아니하여야 한다. 상기 기준에 적합한 경우 소화로 판정하였다.
[제8 시험 - 금속화재시험]
ISO7165 시험규격과 동일하게 철제 트레이에 마그네슘을 비치하고 이에 토치 램프로 발화하여 25%정도 연소되는 시점에서 상기 소화액을 분사하여 화염 소화 능력을 평가하였다.
[제9 시험 - 배터리화재시험]
니켈-망간-코발트(NMC)셀을 적층한 지름 21 mm X 길이 70 mm의 전기자동차용 배터리를 화재 시험 소재로 채택하였다 이를 of 7 MPa 까지 견딜 있는 스텐레스 304재질의 70Cm 지름) × 100 Cm (높이) x.2.5 Cm(두께) 화재 시험용 실린더형 쳄버에 넣고 시험하였다 시편에 과전류를 충전하여 발화시키고 이에 대한 실시예 소화약제를 분사하여 화재 진화를 결정하였고 2분 이내에 다시 불타지 아니하여야 한다. 상기 기준에 적합한 경우 소화로 판정하였다.
[표 1- 시험결과]
Figure 112022020514033-pat00001
상기한 표 1에서 보는 바와 같이, 실시예 1 내지 3은 표면장력과 부중을 가지며 중성의 수준의 pH를 가지며, 비교예 1 및 비교예 2에 비교하여 모든 실시예에서 모든 시험에서 소화의 우수함을 알 수 있었다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 친환경 소화액을 이용한 배터리 소화시스템(100)은 분사컨트롤러(150)를 포함할 수 있다.
이 분사컨트롤러(150)는 배터리셀(110)의 상태를 감지하여 화재의 발생 시 화재를 진압할 수 있다.
분사컨트롤러(150)는 화재를 감지하기 위해 감지센서(151)를 포함할 수 있으며, 감지센서(151)는 배터리케이스(120)의 배터리공간(123)마다 설치되어 각 배터리공간(123)에 설치된 배터리셀(110)에서 화재의 발생에 따라 이상을 감지하면, 소화분사부(130)를 통해 이상이 발생한 배터리셀(110)로 소화액을 분사함으로써, 화재의 발생을 방지할 수 있다.
감지센서(151)는 배터리셀(110)에 직접 접촉되거나, 간접적으로 화재의 발생을 감지할 수 있다. 도면에서 감지센서(151)는 배터리셀(110)의 상부에 위치하는 것으로 도시되었지만, 감지센서(151)는 배터리공간(123)의 내부에도 설치될 수도 있다.
감지센서(151)는 온도감지센서, 연기감지센서, 및 압력감지센서를 포함할 수 있다.
온도감지센서는 배터리셀(110)의 온도를 감지할 수 있으며, 분사컨트롤러(150)는 온도감지센서에서 감지된 온도가 미리 설정된 온도 이상으로 감지되는 경우 화재가 발생하였다고 판단할 수 있다.
연기감지센서는 배터리셀(110)에서 화재의 발생 시 발생하는 연기를 감지할 수 있으며, 분사컨트롤러(150)는 연기감지센서에서 연기를 감지하는 경우, 화재가 발생하였다고 판단할 수 있다.
연기감지센서는 적외선 또는 UV 센서로 구현될 수도 있다.
압력감지센서는 배터리셀(110)에서 발생하는 압력을 측정할 수 있으며, 분사컨트롤러(150)는 압력감지센서에서 측정되는 압력이 미리 설정된 압력 이상일 경우, 화재가 발생하였다고 판단할 수 있으며, 압력감지센서는 배터리셀(110)이 팽창됨에 따라 발생하는 압력을 측정하는 가압센서로 구현될 수 있다.
한편, 분사컨트롤러(150)는 화재의 발생을 명확히 판단하기 위해 온도감지센서, 압력감지센서, 및 연기감지센서 중 둘 이상에서 온도 또는 압력 또는 연기의 변화가 감지되는 경우, 화재가 발생하였다고 판단하여 소화액을 분사하도록 제어할 수 있다.
그리고, 각 배터리공간(123)에 설치되는 감지센서(151)는 각 배터리공간(123)의 위치정보를 분사컨트롤러(150)로 제공하여 화재가 발생한 배터리셀(110)에이 위치한 배터리공간(123)으로 소화분사부(130)를 제어하여 소화액을 분사할 수 있다.
예컨대, 분사컨트롤러(150)는 배터리케이스(120)에서 일측에서 타측으로 차례로 위치정보로써, 순번이 부여되고, 각 순번에 위치하는 감지센서(151)에서 열 또는 압력 또는 연기가 감지되는 경우, 그 순번에 위치한 배터리셀(110)과 대응되는 소화분사부(130)를 제어하여 정확한 위치로 소화액을 분사할 수 있다.
이상에서 설명한 각 구성 간의 작용과 효과를 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 친환경 소화액을 이용한 배터리 소화시스템(100)은 복수 개의 격벽(125)으로 구획된 배터리공간(123)에 배터리셀(110)이 삽입되고, 각 격벽(125)의 격벽공간(127)에는 소화분사부(130)가 설치된다.
배터리셀(110)의 하부에는 배기핀(129a)이 설치되며, 배터리셀(110)은 배기핀(129a)에 닿지 않도록 셀지지스프링(129b)의 탄성력에 의해 지지된다.
소화분사부(130)는 소화액을 분산시켜 공급하는 공급유로(131a)가 형성된 가동부재(131)의 일면에는 배터리셀(110)을 관통하여 소화액을 분사함과 동시에 단락시켜 배터리셀(110)을 방전시키는 단락분사노즐(133)이 형성된다.
가동부재(131)에서 단락분사노즐(133)이 형성되는 일면에 대해 반대방향의 타면에는 팽창공급팩(135)이 설치되며, 팽창공급팩(135)에는 소화액이 유입되는 팩공(135c)급구(135a)와 소화액이 배출되는 팩배출구(135b)가 형성될 수 있다.
가동부재(131)에서 팽창공급팩(135)과 마주하는 부분에는 공급유로(131a)로 소화액을 공급하기 위한 공급공(131b)이 형성되고, 공급공(131b)에는 미리 설정된 압력보다 더 큰 압력으로 소화액이 공급되면 파열되는 파열막(131c)이 설치된다.
공급공(131b)과 대응되는 팽창공급팩(135)의 부분에는 팩공(135c)이 형성되어 팽창공급팩(135)으로 공급되는 소화액을 공급공(131b)을 통해 가동부재(131)로 제공한다.
여기서, 실시예에서는 파열막(131c)을 공급공(131b)에 설치한 것으로 도시하였지만, 팩공(135c)에 파열막(131c)이 설치될 수도 있음은 물론이다.
또한, 소화분사부(130)는 가동부재(131)가 이동 시에 배터리셀(110)을 전기적으로 연결하는 연결단자(115)에서 배터리셀(110)을 하향 이동시켜 분리하기 위한 셀단선작동부(137)가 구성된다.
셀단선작동부(137)는 가동부재(131)의 양측으로 가이드돌기(137a)가 돌출형성되고, 가이드돌기(137a)는 격벽공간(127)에 형성에서 가동부재(131)가 팽창공급팩(135)의 팽창함에 따라 이동하는 방향으로 하향 경사지도록 형성되어 가동부재(131)의 단락분사노즐(133)이 관통한 상태에서 하향 이동하여 배터리공간(123)에서 배터리셀(110)을 하향 이동시킨다.
여기서, 셀단선작동부(137)에 의해 배터리셀(110)이 하향 이동하면 배터리셀(110)의 하부에 위치하는 배기핀(129a)에 배터리셀(110)이 꽂히면서 배터리셀(110)의 내부에서 발생하는 압력을 배터리케이스(120)에 형성된 소화공간(129)으로 배기함과 동시에 화염을 소화공간(129)으로 유도하여 소화공간(129)으로 유입되는 소화액에 의해 화재를 진압할 수 있다.
한편, 소화분사부(130)는 소화액공급부(140)로부터 소화액을 공급 받아 분사하며, 소화액공급부(140)는 용매탱크(141)로부터 용매를 공급하고, 혼합물탱크(143)에서 소화혼합물을 용매탱크(141)로 공급하여 용매에 소화혼합물을 혼합하는 형태로 소화액을 제조하여 팽창공급팩(135)을 통해 화재가 발생한 배터리셀(110)로 분사할 수 있다.
여기서, 배터리셀(110)에 화재가 발생하지 않는 일반적인 상황에서는 분사컨트롤러(150)에 의해 팽창공급팩(135)으로 용매만을 공급하여 배터리셀(110)을 냉각시키고, 화재의 발생 시에만 혼합물탱크(143)에서 소화혼합물을 용매탱크(141)로 공급하여 용매에 소화혼합물을 혼합한 상태로 팽창공급팩(135)으로 공급하여 화재를 진압할 수 있다.
소화혼합물은 생분해성 재료들 위주로 구성되어 소화액을 분사 후에 생분해되기 때문에 환경오염을 방지할 수 있다.
분사컨트롤러(150)는 감지센서(151)에서 화재를 감지하면, 화재가 감지된 위치에 소화분사부(130)를 작동시킴에 따라 화재가 발생한 배터리셀(110)에 소화액을 분사하여 화재를 진압할 수 있다.
감지센서(151)는 온도감지센서, 연기감지센서 및 압력감지센서로 구성되어 둘 이상의 감지센서(151)에서 이상이 발생하는 경우, 분사컨트롤러(150)는 화재가 발생하였다고 판단하고, 화재가 발생한 배터리셀(110)과 대응되는 소화분사부(130)를 통해 소화액을 분사할 수 있다.
이렇게 구성된 본 발명의 실시예에 따른 친환경 소화액을 이용한 배터리 소화시스템(100)은 화재가 발생하지 않은 경우, 분사컨트롤러(150)는 용매탱크(141)의 용매를 분배기(147)를 통해 모든 배터리공간(123)과 대응되는 팽창공급팩(135)으로 공급한다.
팽창공급팩(135)으로 공급되는 용매는 냉각기(149)를 통해 냉각되어 공급되기 때문에 배터리셀(110)의 가열을 방지하여 배터리셀(110)의 충방전효율을 향상시킨다.
팽창공급팩(135)으로 공급되는 용매는 팩배출구(135b)로 배출되어 다시 분배기(147)를 통해 용매탱크(141)로 유입됨으로써, 용매탱크(141)에 충전된 용매가 각 팽창공급팩(135)을 순환하면서 배터리셀(110)을 냉각한다.
한편, 감지센서(151)에서 온도 또는 압력 또는 연기가 감지되는 경우, 분사컨트롤러(150)는 두 가지의 조건이 이상으로 감지되면 화재가 발생하였다고 판단하고, 혼합탱크와 탱크를 연결하는 혼합밸브(145)를 개방하여 용매탱크(141)에 소화혼합물이 혼합되도록 공급한다.
그리고, 분사컨트롤러(150)는 화재를 진압하기 위해 화재가 발생한 위치의 팽창공급팩(135)의 팩공(135c)급구(135a)와 연결되는 공급호스를 개방하고, 팽창공급팩(135)에서 용매가 배출되는 팩배출구(135b)는 폐쇄하도록 분배기(147)를 제어한다.
이렇게 분배기(147)가 제어된 상태에서 분사컨트롤러(150)는 용매탱크(141)의 용매에 소화혼합물이 혼합된 소화액을 팽창공급팩(135)으로 공급한다.
팽창공급팩(135)으로 공급되는 소화액은 팩배출구(135b)가 밀폐되었기 때문에 점점 팽창되고, 팽창공급팩(135)이 팽창되면 가동부재(131)를 화재가 발생한 배터리셀(110)이 위치하는 방향으로 가압하여 이동시킨다.
가동부재(131)가 이동하면, 가동부재(131)의 단락분사노즐(133)이 격벽(125)에 형성된 출몰공(125a)을 통해 돌출되면서, 배터리셀(110)을 관통하여 꽂아지는 동시에 가동부재(131)가 이동할 때, 셀단선작동부(137)에 의해 가동부재(131)가 하향되면서, 연결단자(115)에서 배터리셀(110)이 분리되도록 배터리셀(110)이 하향 이동한다.
배터리셀(110)이 하향 이동하면, 배터리셀(110)의 하부에 위치하는 배기핀(129a)에 꽂혀 배터리팩의 팽창에 따라 폭발을 방지함과 동시에 발생하는 연기와 화염을 소화공간(129)으로 유도하여 폭발을 방지한다.
한편, 팽창공급팩(135)이 최대로 팽창되어 더 이상 팽창되지 못하면, 팽창공급팩(135)의 팩공(135c)과 연결되는 공급공(131b)에 설치된 파열막(131c)이 높은 압력에 의해 파열되고, 파열막(131c)이 파열되면, 가동부재(131)의 공급유로(131a)를 통해 소화액이 분산되면서, 배터리셀(110)을 관통하는 단락분사노즐(133)을 통해 분사되어 배터리팩의 내부에서 직접적으로 소화액을 분사함으로써, 화재를 진압한다.
이때, 배터리셀(110)을 관통한 단락분사노즐(133)은 소화액을 분사할 뿐만 아니라, 분리막을 관통하여 음극재와 양극재를 단락시킴에 따라 복수 개의 단락점에서 단락을 발생함으로써, 어느 한 군데에서 단락에 따른 전류의 집중을 방지하고 신속하게 방전시켜 화재의 발생을 최소화할 수 있다.
그리고, 배터리셀(110)에서 분사되는 소화액은 배터리셀(110)의 하부를 관통한 배기핀(129a)을 통해 소화공간(129)으로 배출되기 때문에 소화공간(129)에 소화액이 채워지고, 배터리셀(110)에서 발생하는 화염이 내부에어 분사되는 소화액에 의해 소화공간(129)으로 유도되면서 화재를 신속하게 진압하고 화재가 배터리케이스(120)의 상부로 진화하는 것을 방지함으로써, 화재의 피해를 최소화할 수 있다.
한편 소화액은 대부분의 구성물이 생분해성 재료로 구성되어 외부로 배출되더라도 환경오염의 발생을 최소화할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 친환경 소화액을 이용한 배터리 소화시스템(100)은 화재의 발생 시 약제분리부의 단락분사노즐(133)이 배터리셀(110)을 관통하여 배터리셀(110)의 내부로 소화액을 분사함으로써, 화재를 신속하게 진압할 수 있다.
또한, 복수 개의 단락분사노즐(133)이 배터리셀(110)을 관통하여 복수 개의 단락점을 형성하기 때문에 어느 한 군데에서 전류의 집중을 방지하고, 단락에 따라 신속하게 방전시킴에 따라 화재가 확산되는 것을 최소화함으로써, 용이하게 화재를 진압할 수 있다.
또한, 팽창공급팩(135)의 팽창에 따라 가동부재(131)의 가동 시 셀단선작동부(137)가 작동하여 화재가 발생한 배터리셀(110)을 연결단자(115)에서 분리함으로써, 화재가 발생한 배터리셀(110)로 전류가 집중되거나, 다른 배터리셀(110)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 배터리셀(110)이 하부에 배기핀(129a)이 설치되어 배터리팩 내에서 발생하는 압력을 외부로 배기하여 배터리셀(110)의 폭발을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 배터러셀(110)의 하부에 소화액이 모이는 소화공간(129)이 형성되어 화염을 소화공간(129)으로 유도함으로써, 화재의 확산을 최소화하고 신속하게 진압할 수 있다.
또한, 소화액을 용매와 소화혼합물을 혼합하는 형태로 구성하여 화재가 발생하지 않을 때에는 팽창공급팩(135)로 용매를 순환시켜 공급함으로써, 배터리셀(110)을 냉각시켜 배터리셀(110)의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 소화액의 혼합물이 생분해성 재료로 형성되어 소화액에 의해 환경오염이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.
100: 배터리 소화시스템 110: 배터리셀
120: 배터리케이스 121: 케이스커버
123: 배터리공간 125: 격벽
125a: 출몰공 127: 격벽공간
128: 배출구 129: 소화공간
129a: 배기핀 129b: 셀지지스프링
130: 소화분사부 131: 가동부재
131a: 공급유로 131b: 공급공
131c: 파열막 133: 단락분사노즐
133a: 분사공 135: 팽창공급팩
135a: 팩공급구 135b: 팩배출구
135c: 팩공 137: 셀단선작동부
137a: 가이드돌기 137b: 가이드홈
140: 소화액공급부 141: 용매탱크
143: 혼합물탱크 145: 혼합밸브
147: 분배기 149: 냉각기
150: 분사컨트롤러 151: 감지센서

Claims (12)

  1. 복수 개의 배터리셀이 각각 수용되는 배터리공간을 갖는 배터리케이스, 상기 배터리케이스에 설치되어 상기 배터리셀에 화재를 감지하여 소화액을 분사하는 소화분사부, 상기 소화분사부로 소화액을 공급하는 소화액공급부, 및 상기 배터리셀의 이상여부를 감지하여 상기 소화분사부를 제어하는 분사컨트롤러를 포함하는 친환경 소화액을 이용한 배터리 소화시스템에 있어서,
    상기 분사컨트롤러는
    상기 배터리셀의 온도를 감지하는 온도감지센서, 상기 배터리셀에서 발생하는 연기를 감지하는 연기감지센서, 및 상기 배터리셀의 압력을 감지하는 압력감지센서 중 둘 이상을 포함하고, 둘 이상에서 감지된 정보를 기초로 화재의 발생을 판단하여 상기 소화분사부를 통해 상기 배터리셀에 소화액을 분사하며,
    상기 소화분사부는
    상기 분사컨트롤러에서 화재를 감지 시에 상기 배터리셀이 위치한 방향으로 이동하고 상기 배터리셀에 관통하여 인위적으로 음극재와 양극재를 단락시키는 복수 개의 단락점을 형성함으로써 상기 배터리셀을 신속하게 방전시킴과, 동시에 상기 배터리셀의 관통한 내부로 소화액을 분사하는 복수 개의 단락분사노즐을 갖는 가동부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 소화액을 이용한 배터리 소화시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소화분사부는
    상기 가동부재에 겹쳐져 상기 소화액을 공급받아 팽창하며 상기 가동부재를 상기 배터리셀이 위치한 방향으로 이동시켜 상기 단락분사노즐이 상기 배터리셀을 관통하는 가압력을 제공하는 팽창공급팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 소화액을 이용한 배터리 소화시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 소화분사부는
    상기 가동부재가 상기 배터리셀이 위치한 방향으로 이동할 때 상기 배터리공간에서 상기 배터리셀을 하향 이동시켜 상기 배터리셀이 서로 연결된 단자로부터 단선시키는 셀단선작동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 소화액을 이용한 배터리 소화시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 배터리케이스는
    상기 셀단선작동부에 의해 상기 배터리셀이 하향 이동할 때, 상기 배터리셀의 하부를 관통하여 상기 배터리셀의 내부에서 발생하는 연기를 외부로 배기하는 배기핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 소화액을 이용한 배터리 소화시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 소화액공급부는
    상기 배터리셀을 냉각시키기 위해 냉매로써 사용되는 용매를 상기 배터리케이스로 공급하는 용매탱크, 및
    상기 분사컨트롤러에서 화재를 감지 시 상기 용매에 소화혼합물을 혼합하여 화재를 진압하도록 상기 용매탱크에 상기 소화혼합물을 공급하는 혼합물탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 소화액을 이용한 배터리 소화시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 용매는
    염소이온을 제거한 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 소화액을 이용한 배터리 소화시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 소화혼합물은
    상기 용매에 기포를 발생시키는 기포제, 상기 기포를 안정시키는 기포안정제 상기 기포가 쉽게 꺼지는 것을 방지하는 기포보조제, 및 상기 소화혼합물의 결빙온도를 낮추는 유동점 강하제를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 소화액을 이용한 배터리 소화시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 기포제는
    생분해성을 갖는 베타인(betaine)계 계면활성제를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 소화액을 이용한 배터리 소화시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 기포안정제는
    생분해성을 갖는 고흡수성 셀루로즈,
    상기 고흡수성 셀루로즈의 내화성을 향상시키기 위한 폴리아미드, 및 이당류를 혼합한 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 소화액을 이용한 배터리 소화시스템.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 기포보조제는
    생분해성을 갖는 야자유계 계면활성제를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 소화액을 이용한 배터리 소화시스템.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 기포보조제는
    내화성을 높이고, 산소공급차단성을 향상시키기 위한 우레아를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 소화액을 이용한 배터리 소화시스템.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 유동점 강하제는
    생분해성을 갖는 글리세린, 프로필렌 글리콜, 캐비톨을 혼합하는 것을 포함하는 친환경 소화액을 이용한 배터리 소화시스템.
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