KR102569262B1 - 무전력 액침 순환 시스템이 적용된 배터리 화재 안전 구조 - Google Patents

무전력 액침 순환 시스템이 적용된 배터리 화재 안전 구조 Download PDF

Info

Publication number
KR102569262B1
KR102569262B1 KR1020230041839A KR20230041839A KR102569262B1 KR 102569262 B1 KR102569262 B1 KR 102569262B1 KR 1020230041839 A KR1020230041839 A KR 1020230041839A KR 20230041839 A KR20230041839 A KR 20230041839A KR 102569262 B1 KR102569262 B1 KR 102569262B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
solution
battery
case
fire safety
safety structure
Prior art date
Application number
KR1020230041839A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102569262B9 (ko
Inventor
김성수
Original Assignee
주식회사 서연이화
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 서연이화 filed Critical 주식회사 서연이화
Priority to KR1020230041839A priority Critical patent/KR102569262B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102569262B1 publication Critical patent/KR102569262B1/ko
Priority to US18/500,118 priority patent/US20240332697A1/en
Priority to CN202311473657.5A priority patent/CN118738640A/zh
Priority to DE102023131622.2A priority patent/DE102023131622A1/de
Publication of KR102569262B9 publication Critical patent/KR102569262B9/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/233—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions
    • H01M50/24—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions adapted for protecting batteries from their environment, e.g. from corrosion
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/52—Removing gases inside the secondary cell, e.g. by absorption
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/653—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by electrically insulating or thermally conductive materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6551—Surfaces specially adapted for heat dissipation or radiation, e.g. fins or coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6567—Liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/317—Re-sealable arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/60—Arrangements or processes for filling or topping-up with liquids; Arrangements or processes for draining liquids from casings
    • H01M50/609—Arrangements or processes for filling with liquid, e.g. electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)

Abstract

무전력 액침 순환 시스템이 적용된 배터리 화재 안전 구조가 제공된다. 내부에 공간을 갖는 케이스;와 상기 케이스의 내부에 배치되는 배터리;와 상기 배터리에서 발생되는 열을 흡수하는 전기적 절연성을 갖는 액체로 형성되며, 상기 배터리가 침지되게 상기 케이스의 내부에 배치되는 제1용액;과 제2용액;을 포함하고, 상기 제2용액은 상기 제1용액의 비중보다 높은 비중으로 형성되어, 상기 배터리의 미사용 시 상기 제2용액의 상측에 상기 제1용액이 배치되는, 배터리 화재 안전 구조가 제공될 수 있다.

Description

무전력 액침 순환 시스템이 적용된 배터리 화재 안전 구조{BATTERY FIRE SAFETY STRUCTURE WITH NON-POWERED LIQUID IMMERSION CIRCULATION SYSTEM APPLIED}
본 발명은 무전력 액침 순환 시스템이 적용된 배터리 화재 안전 구조에 관한 것이다.
기존의 화석연료를 사용하여 운전할 수 있는 자동차는 환경 오염 및 자원 고갈 등의 문제를 야기하고 있다. 상세하게는, 화석에너지는 점차적으로 매장량이 감소되고 있으며, 자동차에서 발생되는 배기가스는 환경오염을 야기하고 있다. 즉, 근래에 들어서는 화석연료 대신 전기를 동력원으로 사용하는 전기 자동차에 대한 연구 및 출시가 활발히 진행되고 있다.
이와 같은 전기 자동차에 동력원으로 사용되는 배터리는 주로 리튬이온 이차 전지가 사용되며, 이러한 이차 전지로 구성된 배터리 팩이 개발되어 보급되고 있다. 구체적으로, 배터리를 구성하는 단위는 리튬이온 이차전지 등으로 구성된 복수 개의 배터리 셀(battery cell), 상기 배터리 셀(battery cell)이 복수 개 연결된 배터리 모듈(battery module), 상기 배터리 모듈(battery module)을 직렬 및/또는 병렬로 연결한 배터리 팩(battery pack)으로 구성될 수 있다.
또한, 이와 같이 이차 전지로 구성된 배터리 셀, 배터리 모듈 및 배터리 팩은 전기 자동차의 동력원으로 사용되는 것 외에도 로보틱스(robotics) 및 산업 환경에서 산업용으로도 다양하게 사용되고 있다.
배터리 모듈은 충전 또는 방전 시 열이 발생되므로 전기 자동차에는 통상적으로 배터리와 함께 배터리 냉각장치를 함께 구성하며, 배터리 냉각장치는 냉각 유체를 포함하고 있다. 상기 냉각 유체는 배터리 모듈이 발산하는 열을 흡수하여 배터리 모듈의 온도를 조절한다.
그런데 이와 같이 배터리 케이스의 내부에 배터리 냉각장치를 배치하여 배터리 모듈의 온도를 낮추는 방식은 배터리 화재를 예방할 수 있으나, 궁극적으로 화재를 방지할 수 있는 구조는 아니다. 또한, 상기 냉각장치는 냉각 유체를 강제로 순환시키기 위한 에너지가 지속적으로 요구되는 단점이 있다. 즉, 종래의 냉각장치를 포함한 무게 수준으로 배터리의 열관리를 하면서, 열폭주에 의한 화재를 방지하고, 소모 에너지를 절감할 수 있는 배터리 화재 안전 구조가 요구되고 있다.
본 발명의 실시예들은 배터리 온도의 효율적인 관리와 화재를 방지할 수 있으며, 소모 에너지를 절감할 수 있어 배터리의 장수명화가 가능한 무전력 액침 순환 시스템이 적용된 배터리 화재 안전 구조를 제공하고자 한다.
다만 본 발명의 실시예들이 이루고자 하는 기술적 과제들은 반드시 상기에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 상세한 설명 등 명세서의 다른 기재로부터 본 발명의 실시예들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 내부에 공간을 갖는 케이스;와 상기 케이스의 내부에 배치되는 배터리;와 상기 배터리에서 발생되는 열을 흡수하는 전기적 절연성을 갖는 액체로 형성되며, 상기 배터리가 침지되게 상기 케이스의 내부에 배치되는 제1용액;과 제2용액;을 포함하고, 상기 제2용액은 상기 제1용액의 비중보다 높은 비중으로 형성되어, 상기 배터리의 미사용 시 상기 제2용액의 상측에 상기 제1용액이 배치되는, 배터리 화재 안전 구조가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 배터리 화재 안전 구조는 무전력으로 냉각 용액이 순환되어, 에너지 소모 없이 배터리를 냉각시킬 수 있는 특징이 있다. 상세하게는, 냉각 용액은 비중이 서로 다른 제1용액과 제2용액이 배치되고, 이는 배터리의 발열에 따라 온도 및 비중이 변화되며 무전력으로 순환될 수 있다. 또한, 케이스의 이동에 따라 발생되는 진동에 의해서도 무전력으로 냉각 용액이 순환될 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예들에 따른 냉각 용액은 서로 비중이 다른 제1용액과 제2용액으로 구성되기 때문에, 단일 용액으로 형성된 냉각수에 비해 더욱 원활하게 순환될 수 있다. 또한, 제1순환촉진제 및 제2순환촉진제가 냉각 용액의 내부에서 유동되며 더욱 효과적으로 냉각 용액의 순환을 유도할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 배터리 화재 안전 구조는 배터리가 냉각 용액에 침지되어, 종래의 냉각 유로를 구비한 배터리의 냉각 방식에 비해 더욱 효과적으로 배터리를 냉각시키고, 배터리의 과열에 의한 화재도 예방될 수 있는 효과가 있다. 즉, 종래에는 배터리가 냉각수에 직접적으로 접촉된 구조가 아니기 때문에 배터리의 열 폭주시 화재를 예방할 뿐 궁극적으로 화재가 발생되는 것은 방지할 수 없었다. 반면에, 본 발명의 배터리는 냉각 용액에 완전히 침지되기 때문에, 배터리의 냉각 효과가 종래에 비해 크게 상승되어, 배터리의 온도를 효율적으로 관리할 수 있으며, 화재 방지 효과가 있다.
다만 본 발명의 실시예들을 통해 얻을 수 있는 기술적 효과들은 반드시 상기에서 언급한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 다른 기술적 효과들은 상세한 설명 등 명세서의 다른 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 화재 안전 구조의 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 배터리 화재 안전 구조의 확대도이다.
도 3은 도 1에 도시된 배터리 화재 안전 구조의 작동상태도이다.
이하 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조해 설명한다. 이하의 실시예들은 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공될 수 있다. 다만 이하의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공되는 것이고 본 발명의 기술적 사상이 반드시 이하의 실시예들에 한정되는 것은 아니다. 또한 본 발명의 기술적 요지를 불분명하게 하거나 공지된 구성에 대해서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 화재 안전 구조의 단면도이다. 도 2는 도 1에 도시된 배터리 화재 안전 구조의 확대도이다.
도 1 내지 2를 참조하면, 본 실시예의 배터리 화재 안전 구조(100)는 케이스의 내부에 배터리 셀이 수용되는 구조에 적용될 수 있다. 상세하게는, 배터리 화재 안전 구조(100)는 다수 개의 배터리 셀이 내부에 배치되는 배터리 모듈, 배터리 팩 및 배터리 시스템 등에 적용될 수 있다. 더욱 상세하게는, 배터리 화재 안전 구조(100)는 배터리 셀이 수용되는 케이스에 직접적으로 냉각액을 주입하여, 배터리 셀이 냉각액에 침지되어 효과적으로 냉각될 수 있다.
구체적으로, 배터리 화재 안전 구조(100)는 내부에 공간을 갖는 케이스(110), 케이스의 내부에 배치되는 배터리(120), 케이스(110)의 내부에 주입되는 냉각액인 제1용액(130), 제2용액(140), 케이스(110)의 내부에 배치되어 제1용액(130)과 제2용액(140)의 순환을 촉진하는 제1순환촉진제(150), 제2순환촉진제(160) 및 케이스(110)의 외측 면에 배치되어 제1용액(130)과 제2용액(140)에서 흡수한 열을 외부로 방출하는 방열부(170)를 포함할 수 있다.
이하 상기의 각 구성요소들에 대해 보다 상세히 설명한다.
케이스(110)는 내부에 공간을 갖는 부재로 형성되어, 내부에 배터리(120)가 배치될 수 있다. 상세하게는, 케이스(110)는 배터리 모듈의 커버 또는 배터리 팩의 커버와 같이 배터리 시스템의 커버로 형성될 수 있다. 즉, 케이스(110)는 다수 개의 배터리 셀 또는 배터리 모듈 등이 내부에 배치되는 커버로 형성될 수 있다.
본 발명의 케이스(110)는 적용되는 분야에 따라 외형이나 크기는 다양하게 형성될 수 있으므로, 구체적인 형상적 특징은 한정하지 않는다.
바람직하게, 케이스(110)는 완전한 밀폐 구조로 형성되어, 내부에 액체가 배치되더라도 외부로 유출되지 않는다.
구체적으로, 케이스(110)는 필요에 따라 케이스(110)의 내부에 발생되는 가스를 배출할 수 있는 배기밸브(112)를 포함할 수 있다. 배기밸브(112)는 케이스(110)의 일측에 배치되되, 내부와 외부를 관통하게 배치될 수 있다. 상세하게는, 배기밸브(112)는 배터리(120)가 스트레스 및 오용(abuse) 등으로 열폭주하게 되는 경우 발생되는 가스를 케이스(110)의 외부로 배출하여, 케이스(110)의 내압을 낮추기 위해 배치될 수 있다.
바람직하게, 배기밸브(112)는 릴리프 밸브(Relief Valves)가 사용될 수 있으며, 구체적으로 직동형 릴리프 밸브(Direct-Acting Relief Valves)가 사용될 수 있다. 직동형 릴리프 밸브는 널리 공지된 기술이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다. 이와 같은 배기밸브(112)는 케이스(110)의 상측면 또는 측면 상단에 배치되어, 하우징의 내부에서 상측으로 이동된 가스가 배출될 수 있다.
한편, 배터리(120)는 케이스(110)의 내부에 배치되며, 다수 개가 배치될 수 있다. 배터리(120)는 다수 회 충전 및 방전 진행 시 열이 과도하게 발생되며 표면이 부풀어 오르는 스웰링(Swelling) 현상이 발생될 수 있다. 즉, 배터리(120)는 사용하는 과정에서 과열되지 않도록 냉각시켜야 한다.
본 발명의 배터리(120)는 배터리 셀, 배터리 모듈 및 배터리 팩을 의미할 수 있으며, 케이스(110)는 상기 배터리 셀, 배터리 모듈 및 배터리 팩이 다수 개가 배치되는 커버로 형성될 수 있다.
제1용액(130) 및 제2용액(140)은 전기적 절연성을 갖는 냉각액 액체로 형성되어, 케이스(110)의 내부에 배치될 수 있다. 상세하게는, 제1용액(130) 및 제2용액(140)은 배터리(120)가 냉각액에 직접적으로 액침되도록 하여, 배터리(120)가 효과적으로 냉각될 수 있도록 하고, 화재를 방지할 수 있다.
더욱 상세하게는, 제1용액(130) 및 제2용액(140)은 비전도성이며, 화학적 및 열적으로 안정성이 있는 물질이 사용되어, 배터리(120)를 직접적으로 액침시켜 냉각시킬 수 있다. 또한, 제1용액(130) 및 제2용액(140)은 서로 화학적 반응을 하지 않는 물질로 형성되어, 케이스(110)의 내부에 두 용액을 넣더라도 서로 반응하지 않고 초기 상태 그대로 유지될 수 있다.
상세하게는, 제1용액(130)은 제2용액(140)보다 작은 비중을 가져, 제2용액(140)과 동시에 케이스(110)의 내부에 배치되는 경우 제2용액(140)의 상측에 배치될 수 있다. 바람직하게, 제1용액(130)은 0.7 내지 0.75의 비중을 가질 수 있다. 예컨대, 제1용액(130)은 전부 또는 일부에 미네랄유(Mineral oil)가 사용될 수 있다.
제2용액(140)은 제1용액(130)보다 큰 비중을 가져, 제1용액(130)과 동시에 케이스(110)의 내부에 배치되는 경우 제1용액(130)의 하측에 배치될 수 있다. 바람직하게, 제2용액(140)은 1.8 내지 1.9의 비중을 가질 수 있다. 예컨대, 제2용액(140)은 전부 또는 일부에 과불화탄소(perfluorocarbon) 용액이 사용될 수 있으며, 구체적으로 3M사의 Fluorinert 용액인 FC-3283 용액이 사용될 수 있다.
한편, 제1순환촉진제(150) 및 제2순환촉진제(160)는 제1용액(130) 및 제2용액(140)과 화학적 반응을 하지 않는 고체 상태의 물질로 형성될 수 있다. 바람직하게, 제1순환촉진제(150) 및 제2순환촉진제(160)는 과립형으로 형성될 수 있으며, 구체적으로 1mm 내지 5mm의 지름을 갖는 구형의 과립으로 형성될 수 있다. 또한, 제1순환촉진제(150) 및 제2순환촉진제(160)는 제1용액(130)의 비중과 제2용액(140)의 비중의 사잇값을 가질 수 있다.
즉, 배터리(120)가 미사용되고, 케이스(110)가 이동되지 않는 정지 상태에서, 제1순환촉진제(150) 및 제2순환촉진제(160)는 제1용액(130)과 제2용액(140)이 이루는 계면에 배치될 수 있다. 바람직하게, 제1순환촉진제(150) 및 제2순환촉진제(160)는 고상의 ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 컴파운드 원료로 형성될 수 있다.
반면에, 배터리(120)가 사용되어 발열되고, 케이스(110)의 이동에 따라 진동이 발생되는 사용 상태에서, 제1순환촉진제(150) 및 제2순환촉진제(160)는 제1용액(130) 및 제2용액(140)의 내부에서 유동되며 원활한 순환을 유도할 수 있다.
상세하게는, 제1순환촉진제(150)는 제1용액(130)과 제2용액(140)의 비중의 사잇값을 가지되, 제2순환촉진제(160)보다 작은 비중을 가질 수 있다. 즉, 제1순환촉진제(150)는 제2순환촉진제(160)의 상측에 배치될 수 있다. 바람직하게, 제1순환촉진제(150)는 1.0 내지 1.1의 비중을 가질 수 있다.
제2순환촉진제(160)는 제1용액(130)과 제2용액(140)의 비중의 사잇값을 가지되, 제1순환촉진제(150)보다 큰 비중을 가질 수 있다. 즉, 제2순환촉진제(160)는 제1순환촉진제(150)의 하측에 배치될 수 있다. 바람직하게, 제2순환촉진제(160)는 1.5 내지 1.65의 비중을 가질 수 있다.
한편, 방열부(170)는 열전도물질로 형성되며 케이스(110)의 외측면에 배치되어, 케이스(110) 내부의 열을 외부로 배출되도록 할 수 있다. 상세하게는, 케이스(110)는 밀폐된 상태로 형성되기 때문에, 케이스(110)의 내부에서 발생된 열이 외부로 방출되지 않는다. 즉, 방열부(170)는 열전도성이 높은 물질로 형성되어, 배터리(120) 발열 시 제1용액(130) 및 제2용액(140)에 흡수된 열을 외부로 방출시켜, 제1용액(130) 및 제2용액(140)의 온도를 하강시키기 위해 배치될 수 있다.
구체적으로, 방열부(170)는 케이스(110)의 외측면에 배치되고, 외측에 히트싱크(172)가 배치되는 갭필러(171) 및 흡수된 열을 외부로 방출하는 히트싱크(172)를 포함할 수 있다.
갭필러(171)는 케이스(110)의 외측면에 배치되어, 케이스(110)에 히트싱크(172)를 연결하기 위해 배치될 수 있다. 바람직하게, 갭필러(171)는 열전도율이 1.0 내지 2.5 W/(m·k)로 형성될 수 있다. 즉, 갭필러(171)는 케이스(110)와 히트싱크(172)의 사이에 배치되어, 케이스(110)로부터 발생된 열을 히트싱크(172)로 전달할 수 있다.
히트싱크(172)는 갭필러(171)를 사이에 두고 케이스(110)의 외측면에 배치될 수 있다. 바람직하게, 히트싱크(172)는 전부 또는 일부가 알루미늄으로 형성될 수 있다. 히트싱크(172)는 갭필러(171)를 통해 케이스(110)에서 발생된 열을 전달받아, 외부로 배출시킬 수 있다. 갭필러(171) 및 히트싱크(172)는 이미 널리 공지된 기술이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 3은 도 1에 도시된 배터리 화재 안전 구조의 작동상태도이다.
도 3을 더 참조하여, 배터리 화재 안전 구조(100)에서의 배터리(120) 냉각 과정에 대해 설명하면 다음과 같다.
먼저, 배터리(120)가 사용되지 않고 케이스(110)도 이동되지 않는 경우, 도 2에 도시된 바와 같이 제1용액(130), 제2용액(140), 제1순환촉진제(150) 및 제2순환촉진제(160)가 섞이지 않고 층상으로 배치될 수 있다. 이와 같은 경우 케이스(110)의 내부에 제1용액(130)이 제2용액(140)의 상측에 배치되고, 제1용액(130)과 제2용액(140)의 계면에 제1순환촉진제(150)와 제2순환촉진제(160)가 배치되되, 제1순환촉진제(150)가 상단에, 제2순환촉진제(160)가 하단에 배치될 수 있다.
이와 같이 배터리(120)에서 열이 발생되지 않고 케이스(110)도 이동되지 않아 진동 등이 발생되지 않는 경우, 제1용액(130)과 제2용액(140)은 그 밀도 차이로 인해 상측과 하측으로 분리된 상태로 서로 계면을 이루며 배치될 수 있다. 이때, 제1순환촉진제(150)와 제2순환촉진제(160)도 섞이지 않고, 밀도 차이에 따라 제1용액(130)과 제2용액(140)의 계면에 순서대로 배치될 수 있다.
이후, 배터리(120)가 사용되고, 케이스(110)도 이동되며 진동 등이 발생되는 경우, 도 3에 도시된 바와 같이 제1용액(130), 제2용액(140), 제1순환촉진제(150) 및 제2순환촉진제(160)가 혼합될 수 있다. 상세하게는, 배터리(120)는 충전 및 방전됨에 따라 발열되어, 배터리(120)와 접촉된 제1용액(130)과 제2용액(140)의 비중이 변경되어 제1용액(130)과 제2용액(140)이 혼합될 수 있다.
이때, 제1용액(130)과 제2용액(140)은 서로 다른 용액이기 때문에 온도에 따른 비중 변화량이 서로 상이할 수 있다. 즉, 제1용액(130)과 제2용액(140)은 배터리(120)의 온도 변화에 따라 비중이 변화되어, 케이스(110)의 내부에서 도 3의 C와 같이 순환될 수 있다.
또한, 제1용액(130)과 제2용액(140)은 케이스(110)가 장착된 제품의 이동시 발생되는 진동에 의해서도 위와 같은 순환이 이뤄질 수 있다.
한편, 제1순환촉진제(150)와 제2순환촉진제(160)는 도 3의 A, B와 같이 제1용액(130)과 제2용액(140)의 내부를 유동하며, 제1용액(130)과 제2용액(140)이 더욱 용이하게 순환되도록 유도할 수 있다. 상세하게는, 비중의 차이에 따라 제1순환촉진제(150)와 제2순환촉진제(160)는 각각 제1용액(130)과 제2용액(140)의 내부에서 주로 유동될 수 있다.
더욱 상세하게는, 제1순환촉진제(150)와 제2순환촉진제(160)의 유동은 케이스(110)가 장착된 제품이 이동되며 발생되는 진동 또는 제1용액(130) 및 제2용액(140)의 비중 변화, 또는 이 두 가지 경우 모두에 기인할 수 있다.
이와 같은 제1순환촉진제(150)와 제2순환촉진제(160)는 제1용액(130)과 제2용액(140)을 비정형적으로 이동되게 하여, 배터리(120)를 용이하게 냉각시키기 위해 배치될 수 있다. 즉, 본 실시예의 배터리 화재 안전 구조(100)는 전력이 없는 무전력 상태에서도 제1용액(130)과 제2용액(140)이 원활하게 순환될 수 있도록 형성될 수 있다. 즉, 제1용액(130), 제2용액(140), 제1순환촉진제(150) 및 제2순환촉진제(160)는 각각 서로 화학적으로 반응하지 않되, 공간적으로 상호작용됨에 따라 유동 및 순환될 수 있다.
이상에서 설명한 바, 본 발명의 실시예들에 따른 배터리 화재 안전 구조(100)는 무전력으로 냉각 용액(130, 140)이 순환되어, 에너지 소모 없이 배터리(120)를 냉각시킬 수 있는 특징이 있다. 상세하게는, 냉각 용액(130, 140)은 비중이 서로 다른 제1용액(130)과 제2용액(140)이 배치되고, 이는 배터리(120)의 발열에 따라 온도 및 비중이 변화되며 무전력으로 순환될 수 있다. 또한, 케이스(110)의 이동에 따라 발생되는 진동에 의해서도 무전력으로 냉각 용액(130, 140)이 순환될 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예들에 따른 냉각 용액(130, 140)은 서로 비중이 다른 제1용액(130)과 제2용액(140)으로 구성되기 때문에, 단일 용액으로 형성된 냉각수에 비해 더욱 원활하게 순환될 수 있다. 또한, 제1순환촉진제(150) 및 제2순환촉진제(160)가 냉각 용액(130, 140)의 내부에서 유동되며 더욱 효과적으로 냉각 용액(130, 140)의 순환을 유도할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 배터리 화재 안전 구조(100)는 배터리(120)가 냉각 용액(130, 140)에 침지되어, 종래의 냉각 유로를 구비한 배터리의 냉각 방식에 비해 더욱 효과적으로 배터리(120)를 냉각시키고, 배터리(120)의 과열에 의한 화재도 예방될 수 있는 효과가 있다. 즉, 종래에는 배터리가 냉각수에 직접적으로 접촉된 구조가 아니기 때문에 배터리의 열 폭주시 화재를 예방할 뿐 궁극적으로 화재가 발생되는 것은 방지할 수 없었다. 반면에, 본 발명의 배터리(120)는 냉각 용액(130, 140)에 완전히 침지되기 때문에, 배터리(120)의 냉각 효과가 종래에 비해 크게 상승되어, 배터리(120)의 온도를 효율적으로 관리할 수 있으며, 화재 방지 효과가 있다.
이상 본 발명의 실시예들에 대해 설명하였으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 구성요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있을 것이고, 이 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다고 할 것이다.
100: 배터리 화재 안전 구조 110: 케이스
112: 배기밸브 120: 배터리
130: 제1용액 140: 제2용액
150: 제1순환촉진제 160: 제2순환촉진제
170: 방열부

Claims (8)

  1. 내부에 공간을 갖는 케이스(110);
    상기 케이스(110)의 내부에 배치되는 배터리(120);
    상기 배터리(120)에서 발생되는 열을 흡수하는 전기적 절연성을 갖는 액체로 형성되며, 상기 배터리(120)가 침지되게 상기 케이스(110)의 내부에 배치되는 제1용액(130);과 제2용액(140); 및
    상기 제1용액(130) 및 상기 제2용액(140)과 화학적 반응을 하지 않는 고체로 형성되며, 상기 제1용액(130)의 비중과 상기 제2용액(140)의 비중의 사잇값을 가지는 제1순환촉진제(150);를 포함하고,
    상기 제2용액(140)은 상기 제1용액(130)의 비중보다 높은 비중으로 형성되어, 상기 배터리(120)의 미사용 시 상기 제2용액(140)의 상측에 상기 제1용액(130)이 배치되는, 배터리 화재 안전 구조.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1용액(130) 및 상기 제2용액(140)과 화학적 반응을 하지 않는 고체로 형성되며, 상기 제1용액(130)의 비중과 상기 제2용액(140)의 비중의 사잇값을 가지고, 상기 제1순환촉진제(150)보다 큰 비중을 갖는 제2순환촉진제(160);를 더 포함하는, 배터리 화재 안전 구조.
  4. 청구항 1에 있어서,
    열전도성 물질로 형성되며, 상기 케이스(110)의 외측면에 배치되어, 상기 케이스(110)의 내부의 열을 외부로 방출하는 방열부(170);를 더 포함하는, 배터리 화재 안전 구조.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 방열부(170)는,
    상기 케이스(110)와 히트싱크(172)의 사이에 배치되는 갭필러(171); 및
    상기 갭필러(171)를 통해 상기 케이스(110)에서 발생된 열을 전달받아 상기 케이스(110)의 외부로 배출시키는 히트싱크(172);를 더 포함하는, 배터리 화재 안전 구조.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 케이스(110)는,
    상기 케이스(110)의 일측에 배치되어, 상기 케이스(110)의 내부의 가스를 상기 케이스(110)의 외부로 배출하는 배기밸브(112);를 더 포함하는, 배터리 화재 안전 구조.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1용액(130)과 상기 제2용액(140)은,
    상기 배터리(120)의 발열에 의한 온도 및 비중의 변화와 상기 케이스(110)의 이동에 의한 진동으로 무전력으로 순환되는, 배터리 화재 안전 구조.
  8. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1순환촉진제(150)와 상기 제2순환촉진제(160)는,
    상기 배터리(120)의 발열에 의한 상기 제1용액(130) 및 상기 제2용액(140)의 온도 및 비중의 변화와 상기 케이스(110)의 이동에 의한 진동으로 상기 제1용액(130) 및 상기 제2용액(140)의 내부를 유동하며 순환을 촉진하는, 배터리 화재 안전 구조.
KR1020230041839A 2023-03-30 2023-03-30 무전력 액침 순환 시스템이 적용된 배터리 화재 안전 구조 KR102569262B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020230041839A KR102569262B1 (ko) 2023-03-30 2023-03-30 무전력 액침 순환 시스템이 적용된 배터리 화재 안전 구조
US18/500,118 US20240332697A1 (en) 2023-03-30 2023-11-02 Battery fire safety structure having non-powered liquid immersion circulation system
CN202311473657.5A CN118738640A (zh) 2023-03-30 2023-11-07 应用无动力液浸循环系统的电池防火安全结构
DE102023131622.2A DE102023131622A1 (de) 2023-03-30 2023-11-14 Batterie-Brandschutzstruktur mit nicht-angetriebenem Flüssigkeitstauchzirkulationssystem

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020230041839A KR102569262B1 (ko) 2023-03-30 2023-03-30 무전력 액침 순환 시스템이 적용된 배터리 화재 안전 구조

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR102569262B1 true KR102569262B1 (ko) 2023-08-23
KR102569262B9 KR102569262B9 (ko) 2024-01-11

Family

ID=87848779

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020230041839A KR102569262B1 (ko) 2023-03-30 2023-03-30 무전력 액침 순환 시스템이 적용된 배터리 화재 안전 구조

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20240332697A1 (ko)
KR (1) KR102569262B1 (ko)
CN (1) CN118738640A (ko)
DE (1) DE102023131622A1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006331956A (ja) * 2005-05-27 2006-12-07 Sanyo Electric Co Ltd 車両用の電源装置
JP2019061439A (ja) * 2017-09-26 2019-04-18 富士通株式会社 液浸サーバ

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3992355A1 (en) 2020-10-29 2022-05-04 Koninklijke Philips N.V. Garment steamer with detachable ironing board

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006331956A (ja) * 2005-05-27 2006-12-07 Sanyo Electric Co Ltd 車両用の電源装置
JP2019061439A (ja) * 2017-09-26 2019-04-18 富士通株式会社 液浸サーバ

Also Published As

Publication number Publication date
CN118738640A (zh) 2024-10-01
KR102569262B9 (ko) 2024-01-11
DE102023131622A1 (de) 2024-10-02
US20240332697A1 (en) 2024-10-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102523702B1 (ko) 배터리 모듈
KR101181807B1 (ko) 전지 조립체
KR101206272B1 (ko) 전기 차량용 전지셀의 히트 싱크 및 그를 이용한 전지셀 모듈
KR101496523B1 (ko) 배터리 셀의 방열판
JP5472212B2 (ja) 組電池
CA2656834A1 (en) System and method for inhibiting the propagation of an exothermic event
KR102380443B1 (ko) 인접 배터리 모듈들로 열을 분산할 수 있는 구조를 갖는 에너지 저장 시스템
KR102585988B1 (ko) 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차
JP2013178966A (ja) 電池モジュール
CN108110371A (zh) 一种动力电池模组结构
CN109768194A (zh) 一种基于相变材料-翅片复合结构的锂离子电池模组热管理系统
CN214153004U (zh) 一种应用阻隔防爆技术的电池热管理系统
CN113097598A (zh) 一种基于相变材料浸没式被动热开关及其控制方法
KR20230160317A (ko) 전기 에너지 저장 장치
CN112615079A (zh) 一种防燃电池组
CN113594583A (zh) 一种抑制热失控传播的锂离子电池组热管理系统
KR102569262B1 (ko) 무전력 액침 순환 시스템이 적용된 배터리 화재 안전 구조
JP2023162105A (ja) 防熱メカニズムを有するバッテリデバイス
TWM592605U (zh) 一種高穩定性散熱的電池包結構
CN112151905A (zh) 一种高稳定性散热的电池包结构
CN114243161A (zh) 一种电池组散热与热失控防护集成装置与方法
KR102084151B1 (ko) 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차
JP2008308112A (ja) 車両の電源搭載構造
CN221201296U (zh) 动力电池热失控防控结构
CN221262490U (zh) 一种热管理复合结构及电池模组

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
G170 Re-publication after modification of scope of protection [patent]