KR102434267B1 - 배터리 커버자켓 및 상기 커버자켓을 포함한 배터리 안전시스템 - Google Patents

배터리 커버자켓 및 상기 커버자켓을 포함한 배터리 안전시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리 커버자켓 및 상기 커버자켓을 포함한 배터리 안전시스템에 관한 것이다. 커버자켓은, 케이싱으로 패키징 되어 있는 배터리를 수용하는 것으로서, 케이싱에 대해 밀착한 상태를 유지하고, 케이싱의 파열 시, 파열압력에 의해 케이싱과 동시에 파열되는 인너하우징과; 상기 인너하우징을 감싸며 인너하우징과의 사이에 유체수용공간을 제공하고, 유체수용공간내에 냉각유체를 수용하여, 배터리의 정상작동 시 냉각유체가 케이싱에 냉기를 전달하게 하고, 케이싱의 파열 시 냉각유체가 케이싱 내부로 유입하여 케이싱의 내부 공간을 차지하도록 하는 하우징으로 구성된다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명의 배터리 커버자켓은, 배터리의 이상 발열로 인한 고온의 가스 발생 또는 폭발 시, 온도나 압력 등 외부조건의 변화에 의해 파열된 배터리 케이스 내부로 물을 급속 침투시켜, 물이 케이스 내부의 공간을 차지하도록 함으로써 무산소 상태가 되게 하여 화염의 발생을 방지한다. 또한, 배터리의 정상 동작 시에는, 배터리를 냉각시켜 과열을 방지하고, 배터리를 물리적으로 감싸 보호하므로 배터리의 손상을 막을 수 있다.

Description

배터리 커버자켓 및 상기 커버자켓을 포함한 배터리 안전시스템{Battery cover jacket and Battery safety system with the cover jacket}
본 발명은 배터리 보호용 커버자켓과, 커버자켓이 적용된 안전시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리를 물리적으로 보호함과 아울러 배터리의 이상 발열에 의한 고온의 가스 발생 또는 배터리 케이싱의 변형 또는 배터리의 폭발 순간 배터리 케이싱 내부의 산소를 제거하여 화재로 이어지는 것을 방지하는, 배터리 커버자켓 및 상기 커버자켓을 포함한 배터리 안전시스템에 관한 것이다.
이차전지는 반복적 충방전이 가능하다는 편리성이 있어, 소형 모바일 기기에서부터 전기자동차나 하이브리드차량 또는 에너지저장시스템(ESS:Energy Storage System) 등에 이르기까지, 다양한 분야에서 많은 주목을 받고 있다. 또한, 이차전지를 사용하는 애플리케이션은 더욱 다양화되고 있으며, 전지의 종류 또한 그에 알맞은 출력과 용량을 제공할 수 있도록 개발되고 있다.
전기자동차나 에너지저장시스템에 적용되는 전지모듈은 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결하여 모듈화 시킨, 이른바 중대형 전지팩으로서 적용되고 있다.
중대형 전지팩은, 이를테면, 케이스 내에 다수의 전지모듈을 수납하고 이를 전기적으로 연결한 구성을 가지며, 사용 중 과충전, 과방전, 과전류, 발열, 연쇄적인 부반응에 의한 발화 또는 폭발을 방지하기 위한 제어장치를 구비한다. 제어장치는 전지셀의 전압, 전류, 온도 등을 계속적으로 검출하고 전지의 작동을 제어한다.
하지만 제어장치를 사용한다 하더라도, 외부로부터 가해지는 충격이나 진동 또는 내부적 문제로 인해 전기적 고장은 언제라도 발생할 수 있다. 전지팩의 전기적 고장이, 화재와 폭발로 이어질 확률이 높은 것은 알려진 사실이다. 이러한 이유로 전지팩의 과열과 화재를 방지하기 위한 여러 가지 기술이 제안된 바 있다.
가령, 국내 등록특허공보 제10-2191291호에는, 화재 방지, 폭연 방지 및 효율적인 냉각을 위한 배터리 함체 및 이를 포함하는 실내 장치가 개시된 바 있다.
상기 개시된 함체는, 수직으로 적층된 배터리 모듈를 수용하는 것으로서, 전면에는 유입구, 후면에는 배출관을 갖는다. 유입구는 외부 공기를 함체 내부로 유도하는 구멍이고, 배출관은 함체 내부의 가열된 공기를 외부로 배출하는 통로이다.
그런데 상기 함체는, 단지, 냉각공기를 통과시켜 배터리모듈의 과열을 방지하는 것으로서, 화재 발생 시 화재가 함체 외부로 확산되는 것을 억제할 뿐, 화재를 자체적으로 진압하는 기능을 가지지 못한다.
국내 등록특허공보 제10-2191291호 (화재 방지, 폭연 방지 및 효율적인 냉각을 위한 배터리 함체 및 이를 포함하는 실내 장치) 국내 공개특허공보 제10-2019-0037785호 (전지 셀 표면 냉각을 위한 불균일 유도를 구비한 쿨링 자켓 및 이를 포함하는 배터리 모듈) 국내 공개특허공보 제10-2019-0140669호 (수냉각 방식 배터리)
본 발명은 상기 문제점을 해소하고자 창출한 것으로서, 배터리의 이상 발열로 인한 고온의 가스 발생 또는 배터리의 폭발 시, 케이스 내부가 무산소 상태가 되도록 하여 화염의 발생을 방지하고, 배터리의 정상 동작 시에는, 배터리의 과열을 방지하며 배터리를 물리적으로 감싸 보호하는, 배터리 커버자켓과 커버자켓을 포함한 배터리 안전시스템을 제공함에 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 과제의 해결수단으로서의 본 발명의 배터리 커버자켓은, 배터리가 패키징 되어 있는 케이싱을 착탈 가능하게 수용하는 수납공간을 제공하고, 케이싱에 냉기를 전달하기 위해, 수납된 케이싱의 외측면에 밀착한 상태를 유지하며, 케이싱의 파열 시, 파열압력에 의해 케이싱과 동시에 파열되는 인너하우징과; 상기 인너하우징을 감싸며, 인너하우징과의 사이에 냉각유체가 통과하는 공간인 유체수용공간을 제공하고, 측부에는, 냉각유체가 출입하는 유입구멍 및 유출구멍을 가지며, 유체수용공간내에 냉각유체를 유지하여, 냉각유체의 냉기가 배터리의 정상 작동 시 인너하우징을 통해 케이싱에 전도되게 하여, 냉각유체가 냉각작용을 하게하고, 케이싱과 인너하우징의 동시 파열 시 냉각유체가 케이싱 내부로 유입하여 케이싱의 내부 공간을 차지하여 케이스 내부가 무산소 상태가 되게 하는 하우징을 구비한다.
또한, 상기 인너하우징의 케이싱과 접하는 내향면에는, 냉각유체가 케이싱 내부로 유입할 때, 케이싱 내부에서 빠지는 공기를 외부로 유도하는 배기홈이 형성된다.
또한, 상기 인너하우징에는, 케이싱으로부터 전달된 파열압력에 의해 절개되는 파열노치홈이 더 형성된다.
그리고, 상기 유체수용공간의 내부에는, 하우징에 지지되며 케이싱의 팽창 시, 케이싱과 인너하우징을 뚫어 파열을 촉발하는 파열기가 더 설치된다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 과제의 해결수단으로서의 본 발명의 배터리 안전시스템은, 배터리가 패키징 되어 있는 케이싱을 착탈 가능하게 수용하는 수납공간을 제공하고, 케이싱에 냉기를 전달하기 위해, 수납된 케이싱의 외측면에 밀착한 상태를 유지하며, 케이싱의 파열 시, 파열압력에 의해 케이싱과 동시에 파열되는 인너하우징과, 상기 인너하우징을 감싸며, 인너하우징과의 사이에 냉각유체가 통과하는 공간인 유체수용공간을 제공하고, 측부에는, 냉각유체가 출입하는 유입구멍 및 유출구멍을 가지며, 유체수용공간내에 냉각유체를 유지하여, 냉각유체의 냉기가 배터리의 정상 작동 시 인너하우징을 통해 케이싱에 전도되게 하여, 냉각유체가 냉각작용을 하게하고, 케이싱과 인너하우징의 동시 파열 시 냉각유체가 케이싱 내부로 유입하여 케이싱의 내부 공간을 차지하여 케이스 내부가 무산소 상태가 되게 하는 하우징을 구비하는 커버자켓과; 상기 하우징에 공급할 냉각유체를 수용하는 냉각유체탱크와; 냉각유체탱크내의 냉각유체를 유체수용공간으로 공급하는 펌프와; 펌프를 구동하는 제어부를 포함한다.
또한, 상기 커버자켓과 냉각유체탱크와 펌프는 순환튜브를 통해 연결되며, 순환튜브를 통한 냉각유체의 순환경로 상에는, 펌프에 의해 펌핑되는 냉각유체 압력을 감지하고 감지정보를 제어부로 전달하는 압력센서가 더 설치되고, 제어부는, 압력센서로부터 전달받은 정보에 기초하여 펌프의 동작을 제어한다.
아울러, 상기 인너하우징의 케이싱과 접하는 내향면에는, 냉각유체가 케이싱 내부로 유입할 때, 케이싱 내부에서 빠지는 공기를 외부로 유도하는 배기홈이 형성된다.
또한, 상기 인너하우징에는, 케이싱으로부터 전달된 파열압력에 의해 절개되는 파열노치홈이 더 형성된다.
또한, 상기 유체수용공간의 내부에는, 하우징에 지지되며 케이싱의 팽창 시, 케이싱과 인너하우징을 뚫어 파열을 촉발하는 파열기가 더 설치된다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명의 배터리 커버자켓은, 배터리의 이상 발열로 인한 고온의 가스 발생 또는 배터리의 폭발 시, 폭발에 의해 파열된 배터리 케이스 내부로 물을 급속 침투시켜, 물이 케이스 내부의 공간을 차지하도록 함으로써 무산소 상태가 되게 하여 화염의 발생을 방지한다.
또한, 배터리의 정상 동작 시에는, 배터리를 냉각시켜 과열을 방지하고, 배터리를 물리적으로 감싸 보호하므로 배터리의 손상을 막을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 커버자켓이 ESS에 적용된 모습을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 커버자켓을 배터리와 함께 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 커버자켓과 배터리를 분해한 절제 사시도이다.
도 4는 도 3의 A-A선 단면도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일 실시예에 다른 커버자켓의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 커버자켓에 적용 가능한 인너하우징의 변형 예를 나타내 보인 사시도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 커버자켓의 다른 변형 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 10a 내지 도 10d는 도 9의 파열기의 구성과 작동 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 안전시스템의 전체 구조를 나타내 보인 구성도이다.
이하, 본 발명에 따른 하나의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
기본적으로, 본 발명의 배터리 안전시스템은, 전기차나 에너지저장 시스템(ESS)은 물론, 충전형 배터리를 사용하는 모든 장치에 적용 가능한 것으로서, 배터리를 감싸는 커버자켓을 통해, 배터리의 이상 발열로 인한 고온의 가스 발생 또는 배터리의 폭발이나 화재를 방지한다.
커버자켓은, 배터리를 감싸 물리적으로 보호함과 아울러, 배터리의 폭발 또는 화재 순간 배터리 케이싱 내부의 산소를 제거하여 화재로 이어지는 것을 방지하는 역할을 하며 그에 대한 설명은 후술된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 안전시스템(50)의 일부인, 에너지저장시스템(ESS)(10), 냉각유체탱크(53), 커버자켓(20)을 도시한 도면이다. 또한, 도 2는 커버자켓(20)을 배터리(13)와 함께 도시한 도면이며, 도 3은 도 2의 커버자켓과 배터리를 분해한 절제 사시도이다. 그리고, 도 4는 도 3의 A-A선 단면도이고, 도 5 및 도 6은 커버자켓(20)의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
에너지저장시스템(10) 자체는 일반적인 것으로서, 도시한 바와 같이, 랙(11), 인터페이스(11f), 다수의 배터리(13)를 구비한다.
랙(11)은 배터리(13)를 지지하는 구조체로서, 하단판(11a), 상단판(11c), 기둥(11e)을 갖는다. 하단판(11a)은 기둥(11e)을 수직으로 지지하며 배터리(13)의 하중을 감당한다. 기둥(11e)은 하단판(11a)과 상단판(11c)을 연결하고 배터리(13)를 지지하기 위한 브라켓(미도시)이나 격판(미도시)을 갖는다.
배터리(13)는 브라켓이나 격판을 통해 기둥(11e)에 지지된다. 하나의 ESS에 적용되는 배터리의 개수나 배치구조는 ESS의 타입에 따라 달라질 수 있다. 배터리(13)는, 도 3에 도시한 바와 같이 케이싱(13c)에 패키징되어 박스의 외부 형상을 취하며 전면에 커넥터(13a)를 갖는다. 커넥터(13a)에는 접속케이블(13f)이 끼워진다. 접속케이블(13f)은 이웃하는 배터리(13)를 접속하는 전력선이다. 아울러, 케이싱(13c) 내에 수용되는 배터리는, 파우치형 또는 각형 또는 원통형 배터리모듈이나 배터리셀 일 수 있다.
인터페이스(11f)는 ESS의 운전상태, 가령 배터리의 충전량이나 온도, 출력전압 등을 실시간으로 보여주는 패널로서 관리자에 의해 조작된다.
한편, 랙(11)에는 냉각유체탱크(53)가 설치된다. 냉각유체탱크(53)는 배터리를 냉각하기 위한 냉각유체(100)가 수용되는 탱크로서, 위치 에너지를 고려하여 최상층 배터리의 상부에 위치한다. 하지만, 펌프(도 11의 55)를 적용하는 이상 냉각유체탱크(53)의 위치는 얼마든지 달라질 수 있다. 가령, 랙(11)으로부터 분리하여 별도의 장소에 설치할 수도 있다.
커버자켓(20)은, 배터리(13)를 그 내부에 수용한 상태로 배터리를 냉각하고 보호하는 것으로서, 인너하우징(23)과 하우징(21)으로 구성된다.
인너하우징(23)은, 전방으로 개방된 수납공간(23a)을 제공하며 수납공간(23a)에 배터리(13)를 수용한다. 인너하우징의 후방은 막혀있다. 인너하우징(23)의 전방을 개방한 이유는, 인너하우징(23)에 대한 배터리(13)의 장착과 분리를 위한 것이다.
인너하우징(23)은 내열성 합성수지로 제작 가능하며 배터리의 케이싱(13c)에 면접 밀착한다. 인너하우징(23)은 배터리(13)의 정상 작동 시 에는 케이싱(13c)에 접한 상태로 냉각유체(100)의 냉기를 배터리(13)로 전달한다. 하지만, 배터리의 이상 발열로 인한 고온의 가스 발생 또는 배터리의 폭발에 의한 케이싱(13a)의 파열시에는 파열압력에 의해 케이싱과 동시에 파열된다. 말하자면, 도 6에 도시한 바와 같이, 케이싱(13c)과 함께 찢어져 화살표 a방향으로 벌어지는 것이다.
하우징(21)은, 인너하우징(23)을 감싸며 인너하우징과의 사이에 유체수용공간(21e)을 제공한다. 유체수용공간(21e)은 순환튜브(27)를 통해 순환하는 냉각유체가 지나가는 공간이다.
하우징(21)은, 배터리의 정상작동 시에는, 냉각유체가 케이싱(13a)에 냉기를 전달하게 한다. 하지만, 케이싱의 파열시에는, 냉각유체가, 파열통로(16)를 통과해 케이싱 내부로 유입하여, 케이싱의 내부 공간을 차지하도록 한다.
다시 말하면, 유체수용공간(21e)을 통과하는 냉각유체는, 배터리의 정상 상태에서는 인너하우징(23)의 외측면과 접하며 자신의 냉기를 배터리(13)로 전달한다. 그런데, 이상 상황이 발생하여, 배터리(13)가 이상 발열로 인한 고온 가스를 발생하거나 폭발하고 그에 따라 케이싱(13a)과 인너하우징(23)이 파열되면, 파열에 의해 만들어진 파열통로(16)를 통과해 케이싱(13a)의 내부로 압입되어 케이싱(13a)의 내부공간을 차지하는 것이다. 이러한 냉각유체의 유동은, 펌프(55)의 펌핑 압력에 의한 것으로서, 매우 빠른 속도로 진행된다.
냉각유체를 케이싱(13a) 내부로 강제 유입시키는 이유는, 케이싱(13a) 내부로 유입하는 냉각유체가, 케이싱(13a) 내부의 공기를 외부로 몰아내도록 하여 케이싱(13a) 내 산소를 제거하기 위해서 이다. 또한 산소를 제거하는 이유는 화재를 방지하기 위해서이다. 알려진 바와 같이, 화염은, 열, 연료, 산소 조건이 충족될 때 발생하므로, 케이싱(13a) 내부에서 산소를 제거함으로서, 화재의 발생을 방지하는 것이다. 배터리의 이상 발열로 인한 고온의 가스 발생 또는 배터리가 폭발했는데도, 화재가 발생하지 않는 것이다.
또한, 하우징(21)의 측부에는 유입구멍(21a)과 유출구멍(21b)이 마련되어 있다. 유입구멍(21a)은 냉각유체가 유체수용공간(21e)으로 들어가는 통로이고, 유출구멍(21b)은 냉각유체가 빠져나오는 통로이다.
아울러 유입구멍(21a)과 유출구멍(21b)에는 삼방밸브(3-way 밸브)(25)가 설치된다. 삼방밸브(25)에는, 제1포트(25a), 제2포트(25c), 제3포트(25e)가 형성되어 있고, 상측에는 전환핸들(25g)이 구비된다. 전환핸들(25g)은 제1포트(25a)와 제2포트(25c)를 연결하거나, 제2포트(25c)와 제3포트(25e)를 연통시킨다. 이러한 삼방밸브(25)는 일반적인 것이다.
각 하우징(21)에 설치되어 있는 삼방밸브(25)는 위아래 배치된 다른 하우징(21)의 삼방밸브에 순환튜브(27)로 연결된다. 펌프(55)에 의해 도 1의 화살표 g방향으로 압입된 냉각유체는, 각 층별 하우징(21)을 통과한 후 순환튜브(27)를 통과해 한 층 씩 상부로 이동한 후 냉각유체탱크(53)에 도달한 다음 다시 펌프(55)로 이동한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 커버자켓(20)에 적용 가능한 인너하우징(23)의 변형 예를 나타내 보인 사시도이다.
도면을 참조하면, 인너하우징(23)의 내향면에 배기홈(23d)이, 외측면에 파열노치홈(23c)이 형성되어 있음을 알 수 있다.
배기홈(23d)은 인너하우징(23)의 내향면에 형성되어 있는 선형 홈으로서, 배터리(13)에서 발생하여 인너하우징(23)의 깊은 곳에서 정체된 기체(공기나 가스)를 외부로 유도하는, 말하자면, 환기통로의 역할을 한다. 인너하우징(23)의 내향면과 케이싱(13c)의 내향면은 밀착하므로, 기체의 배기가 원활하지 않을 수 있으므로, 이와 같이 배기홈(23d)을 적용함으로서 기체의 보다 신속한 배출을 유도할 수 있다. 배기홈(23d)의 패턴은, 정체 가스를 신속 배기할 수 있는 한 다양하게 구현 가능하다.
파열노치홈(23c)은, 케이싱(13c)으로부터 전달된 파열압력(팽창압력)에 의해 절개되는 홈으로서, 이를테면, XY방향으로 교차된 격자 패턴을 갖는다. 배터리(13)의 이상 발열로 인한 고온의 가스 발생이나 배터리의 폭발 순간에는, 케이싱(13c)이 어느 정도 부풀어 오른 후 파열되는데, 케이싱이 부풀어 오르는 힘에 의해 파열노치홈(23c)이 찢어지며 파열되는 것이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 커버자켓(20)의 다른 변형 예를 설명하기 위한 도면이고, 도 10a 내지 도 10d는 도 9의 파열기(24)의 구성과 작동 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도면을 참조하면, 유체수용공간(21e) 내에 다수의 파열기(24)가 설치되어 있음을 알 수 있다. 파열기(24)는, 케이싱(13c)의 팽창 시, 케이싱과 인너하우징을 뚫어 파열을 촉발하는 역할을 한다. 파열기(24)의 위치나 간격은 얼마든지 달라질 수 있다.
파열기(24)는, 고정홀더(24a), 스프링(24e), 절개팁(24m)을 갖는다. 고정홀더(24a)는 배터리(13)를 향해 개방된 원통형 부재로서 하우징(21)에 대해 접착 고정되고 단부에 지지턱(24b)을 갖는다. 스프링(24e)은 고정홀더(24a)의 내부에 수용된 부속으로서 절개팁(24m)을 화살표 k방향으로 탄력 지지한다.
절개팁(24m)은, 지지턱(24b)에 걸린 상태로 약간의 움직임이 가능하고 스프링(24e)에 지지되는 부재로서, 피어싱부(24k), 목부(24h), 걸림부(24g)로 이루어진다.
피어싱부(24k)는 선단부가 뾰족하게 가공된 대략 원추의 형상을 취하며, 케이싱(13c)과 인너하우징(23)이 도 10b의 화살표 p방향으로 팽창할 때, 반작용력에 의해, 인너하우징(23)과 케이싱(13c)을 뚫어 파열을 촉발한다. 피어싱부(23k)에 의해 뚫린 부분부터 파열이 시작되는 것이다.
목부(24h)는 피어싱부(24k)와 걸림부(24g)를 연결하는 부분이며, 걸림부(24g)가 지지턱(24b)에 걸린 상태에서, 피어싱부(24k)를, 지지턱(24b)으로부터 간격 Z만큼 이격시킨다. 간격 Z는 완충구간이다. 케이싱(13c)이 거리 Z만큼 팽창하더라도 피어싱은 일어나지 않는다. 이와 같이 완충구간을 둔 것은, 사소한 충돌이나 진동(배터리의 폭발 이외의 원인)에 의해, 인너하우징(23)이나 케이싱(13c)이 찢어지는 것을 방지하기 위한 것이다. 주행 중 배터리에 진동이나 충격이 반복적으로 전달되는 전기차의 경우, 완충구간이 더욱 필요하다.
상기 구성을 갖는 파열기(24)의 동작은 다음과 같다.
먼저, 도 10a에 도시한 바와 같이, 배터리(13)가 정상 작동하고 있는 상태(배터리가 팽창하지 않은 상태)에서는, 절개팁(24m)이 스프링(24e)의 탄력을 받으며 인너하우징(23)에 단순히 접하고 있다.
그런데, 배터리(13)의 스웰링 현상이 발생하여 케이싱(13c)이 팽창하면 케이싱(13c)과 인너하우징(23)이 화살표 p방향으로 부풀어 오르고, 절개팁(24m)은 인너하우징(23)에 밀려 지지턱(24b)의 위치까지 밀린다.(도 10b)
이 상태에서 배터리가 이상 발열로 인한 고온의 가스 발생 또는 폭발하여 케이싱(13c)이 더욱 팽창하면, 도 10c에 도시한 바와 같이, 고정홀더(24a)에 받쳐있는 피어싱부(24k)가 반작용력으로 인너하우징(23)과 케이싱(13c)에 구멍을 형성한다.
구멍이 천공되면, 케이싱(13c) 내부의 가스가 폭발하여 케이싱(13c)과 인너하우징(23)이 파열되고, 파열통로(16)을 통해 가스가 배출됨과 동시에, 유체수용공간(21e) 내부의 냉각유체가 케이싱(13c)의 내부로 유입한다. 냉각유체의 유입에 의해 케이싱(13c) 내부의 공기가 외부로 배출되고, 산소가 제거되어 화염이 발생할 염려가 없어진다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 안전시스템(50)의 전체 구조를 나타내 보인 구성도이다.
도 11에는, 커버자켓(20)이 적용된 예로서 세 개의 ESS(10)를 예로 들었으나, ESS을 대신하여 전기차의 배터리팩이나 기타 산업현장에서 사용되는 배터리형 전원에도 본 실시예의 안전시스템(50)이 얼마든지 적용 가능하다.
도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 안전시스템(50)은, ESS(10)에 내장되어 있는 다수의 커버자켓(20), 다수의 냉각유체탱크(53), 펌프(55), 추가공급부(54), 제어부(51), 냉각부(57), 유량조절밸브(58), 압력센서(59), 온도센서(56)를 포함한다.
커버자켓(20), 냉각유체탱크(53), 펌프(55), 냉각부(57)는, 순환튜브(27)에 의해 직렬 연결된다. 순환튜브(27)는, 펌프(55)에 의해 펌핑된 냉각유체를 순환시키는 통로이다. 냉각유체로서 물을 사용할 수 있다.
펌프(55)는 제어부(51)에 의해 동작하여 냉각유체를 펌핑한다. 펌프(55)에 의한 펌핑량, 즉 냉각유체의 유동 압력은 제어부(51)를 통해 조절 가능하다.
제어부(51)는 관리자에 의해 조작되는 요소로서, 관리자는, 제어부(51)를 통해 펌프(55) 뿐 아니라, 냉각부(57)와 유량조절밸브(58)도 제어할 수 있다. 아울러 제어부(51)를 통해 안전시스템(50)의 운전 상황을 파악할 수도 있음은 물론이다.
온도센서(56)는 커버자켓(20)으로 유입하기 전의 냉각유체의 온도를 감지하고, 감지내용을 제어부(51)로 전달한다. 제어부(51)는 온도센서(56)로부터 송신된 정보를 기초로 냉각부(57)의 동작을 결정한다. 이를테면 냉각유체의 온도가 설정치에 비해 높을 경우 냉각부(57)를 구동하여 냉각유체를 냉각시키는 것이다.
냉각부(57)는 냉각유체의 온도를 낮추기 위한 냉각장치로서, 냉기를 출력할 수 있는 한 다양한 냉각장치를 적용할 수 있다. 예를 들어, 펠티어소자를 이용한 냉각장치나, 냉매의 상변화를 이용한 냉각장치를 적용할 수 있는 것이다.
압력센서(59)는, 커버자켓(20)을 향하는 냉각유체의 유동 압력을 실시간 체크하는 역할을 한다. 압력센서(59)가 감지한 압력정보도 제어부(51)로 전달된다. 제어부(51)는 압력센서(59)의 압력 정보를 기초로 유량조절밸브(58)와 펌프(55)를 컨트롤한다.
예를 들어, 일부 배터리의 케이싱(13a)가 파열되어, 냉각유체가 케이싱(13a)로 빠지면, 압력센서(59)의 감지 압력이 낮아지게 되는데, 이 때 유량조절밸브(58)를 더욱 개방하고 펌프(55)의 파워를 올려, 순환튜브(27)를 통과하는 냉각유체의 유동압력을 그대로 유지한 상태로, 적절한 조치가 취해질 때 까지, 파열된 케이싱(13a) 내부로 냉각유체를 연속 공급하는 것이다.
추가공급부(54)는, 유체의 공급량이 증가할 때 증가한 만큼의 냉각유체를 공급하는 역할을 한다. 냉각유체로 물을 사용할 때에는 추가공급부(54)는 상수도 급수시설 일 수 있다. 추가공급부(54)에서 공급되는 물은 순환튜브(27)에 합류된 후 펌프(55)에 의해 펌핑되어 커버자켓(20)을 향한다.
상기와 같이, 본 실시예의 배터리 안전시스템(50)은, 펌프(55)를 이용해 냉각유체를 연속적으로 순환시키며, 배터리의 이상 발열로 인한 고온의 가스 발생 또는 폭발 시, 해당 배터리의 케이싱(13a) 내부로 물을 주입하여, 물이 케이싱(13a)의 내부를 차지하도록 함으로서, 향후 발생할 가능성이 높은 화재를 폭발 이후의 화재의 발생을 완벽히 차단할 수 있는 것이다.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정하지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
10:ESS 11:랙 11a:하단판
11c:상단판 11e:기둥 11f:인터페이스
13:배터리 13a:커넥터 13c:케이싱
13f:접속케이블 16:파열통로 20:커버자켓
21:하우징 21a:유입구멍 21b:유출구멍
21e:유체수용공간 23:인너하우징 23a:수납공간
23c:파열노치홈 23d:배기홈 24:파열기
24a:고정홀더 24b:지지턱 24e:스프링
24g:걸림부 24h:목부 24k:피어싱부
24m:절개팁 25:삼방밸브 25a:제1포트
25c:제2포트 25e:제3포트 25g:전환핸들
27:순환튜브 50:안전시스템 51:제어부
53:냉각유체탱크 54:추가공급부 55:펌프
56;온도센서 57:냉각부 58:유량조절밸브
59:압력센서

Claims (9)

  1. 배터리가 패키징 되어 있는 케이싱을 착탈 가능하게 수용하는 수납공간을 제공하고, 케이싱에 냉기를 전달하기 위해, 수납된 케이싱의 외측면에 밀착한 상태를 유지하며, 케이싱의 파열 시, 파열압력에 의해 케이싱과 동시에 파열되는 인너하우징과;
    상기 인너하우징을 감싸며, 인너하우징과의 사이에 냉각유체가 통과하는 공간인 유체수용공간을 제공하고, 측부에는, 냉각유체가 출입하는 유입구멍 및 유출구멍을 가지며, 유체수용공간내에 냉각유체를 유지하여, 냉각유체의 냉기가 배터리의 정상 작동 시 인너하우징을 통해 케이싱에 전도되게 하여, 냉각유체가 냉각작용을 하게하고, 케이싱과 인너하우징의 동시 파열 시 냉각유체가 케이싱 내부로 유입하여 케이싱의 내부 공간을 차지하여 케이스 내부가 무산소 상태가 되게 하는 하우징을 구비하는,
    배터리 커버자켓.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 인너하우징의 케이싱과 접하는 내향면에는,
    냉각유체가 케이싱 내부로 유입할 때, 케이싱 내부에서 빠지는 공기를 외부로 유도하는 배기홈이 형성된,
    배터리 커버자켓.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 인너하우징에는,
    케이싱으로부터 전달된 파열압력에 의해 절개되는 파열노치홈이 더 형성된,
    배터리 커버자켓.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 유체수용공간의 내부에는,
    하우징에 지지되며 케이싱의 팽창 시, 케이싱과 인너하우징을 뚫어 파열을 촉발하는 파열기가 더 설치된,
    배터리 커버자켓.
  5. 배터리가 패키징 되어 있는 케이싱을 착탈 가능하게 수용하는 수납공간을 제공하고, 케이싱에 냉기를 전달하기 위해, 수납된 케이싱의 외측면에 밀착한 상태를 유지하며, 케이싱의 파열 시, 파열압력에 의해 케이싱과 동시에 파열되는 인너하우징과, 상기 인너하우징을 감싸며, 인너하우징과의 사이에 냉각유체가 통과하는 공간인 유체수용공간을 제공하고, 측부에는, 냉각유체가 출입하는 유입구멍 및 유출구멍을 가지며, 유체수용공간내에 냉각유체를 유지하여, 냉각유체의 냉기가 배터리의 정상 작동 시 인너하우징을 통해 케이싱에 전도되게 하여, 냉각유체가 냉각작용을 하게하고, 케이싱과 인너하우징의 동시 파열 시 냉각유체가 케이싱 내부로 유입하여 케이싱의 내부 공간을 차지하여 케이스 내부가 무산소 상태가 되게 하는 하우징을 구비하는 커버자켓과;
    상기 하우징에 공급할 냉각유체를 수용하는 냉각유체탱크와;
    냉각유체탱크내의 냉각유체를 유체수용공간으로 공급하는 펌프와;
    펌프를 구동하는 제어부를 포함하는,
    배터리 안전시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 커버자켓과 냉각유체탱크와 펌프는 순환튜브를 통해 연결되며,
    순환튜브를 통한 냉각유체의 순환경로 상에는, 펌프에 의해 펌핑되는 냉각유체 압력을 감지하고 감지정보를 제어부로 전달하는 압력센서가 더 설치되고,
    제어부는, 압력센서로부터 전달받은 정보에 기초하여 펌프의 동작을 제어하는,
    배터리 안전시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 인너하우징의 케이싱과 접하는 내향면에는,
    냉각유체가 케이싱 내부로 유입할 때, 케이싱 내부에서 빠지는 공기를 외부로 유도하는 배기홈이 형성된,
    배터리 안전시스템
  8. 제5항에 있어서,
    상기 인너하우징에는,
    케이싱으로부터 전달된 파열압력에 의해 절개되는 파열노치홈이 더 형성된,
    배터리 안전시스템.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 유체수용공간의 내부에는,
    하우징에 지지되며 케이싱의 팽창 시, 케이싱과 인너하우징을 뚫어 파열을 촉발하는 파열기가 더 설치된,
    배터리 안전시스템.
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