KR20140005236A - 복수의 전기화학 에너지 저장 장치로 이루어진 배터리 - Google Patents

복수의 전기화학 에너지 저장 장치로 이루어진 배터리 Download PDF

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팀 새퍼
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리-텍 배터리 게엠베하
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Abstract

본 발명은 복수의 전기화학 에너지 저장 장치로 이루어진 배터리에 관한 것으로, 상기 전기화학 에너지 저장 장치들 사이에 각각 분리 부재가 배치되고, 상기 분리 부재는 특정 조건이 주어지거나 또는 발생하는 경우에 상기 분리 부재로부터 화재 억제 물질 또는 소화 약제를 배출할 수 있도록 형성된다.

Description

복수의 전기화학 에너지 저장 장치로 이루어진 배터리{BATTERY CONSISTING OF A PLURALITY OF ELECTROCHEMICAL ENERGY STORES}
본 출원은 우선권 출원 DE 10 2011 008 792.3의 내용 전체를 참조로 포함한다.
본 발명은 복수의 전기화학 에너지 저장 장치들로 이루어진 배터리에 관한 것이다. 전기화학 에너지 저장 장치들은 다양한 용도를 위해 필요하고, 따라서 매우 다양한 환경에서 결합되고, 용도의 요구 조건에 따라 복수의 전기화학 에너지 저장 장치들이 함께 배터리에 접속되도록 다양하게 배치되어 사용되므로, 용도들 중 하나의 용도에 적합한 복수의 전기화학 에너지 저장 장치들은 직렬 또는 병렬 접속에 의해 용도의 요구 조건들 중 하나의 요구 조건에 부합하는 전압 또는 용량을 제공할 수 있다.
이러한 에너지 저장 장치와 관련해서, 화재 예방(fire prevention) 및 소화(firefighting)가 특히 중요하다. 특히 여객 수송용 차량에서 이러한 전기화학 에너지 장치의 사용시 화재 예방 또는 소화는 이러한 에너지 저장 장치의 안전성을 높이기 위한 특히 중요한 수단이다.
DE 10 2008 059 948 A1호에는 배터리의 개별 전지들을 포함하는 배터리의 내부 챔버가 비상 라인을 통해 소화 약제 저장기에 연결되고, 배터리의 내부 챔버 및 소화 약제 저장기는 비상 개구(emergency aperture)를 통해 적어도 일시적으로 유체 연결되는, 차량, 특히 자동차의 리튬 이온 배터리를 위한 화재 예방 및/또는 소화를 위한 방법 및 장치가 공지되어 있다.
DE 10 2008 059 942 A1호에는 냉각제 회로 및 소화 장치를 포함하는 차량에서 화재 예방 및/또는 소화를 위한 방법 및 장치가 공지되어 있다. 소화 장치에 비상 개구가 제공되고, 상기 비상 개구는 소화 및/또는 화재 예방을 위해 개방되고, 상기 개구를 통해 소화 약제가 배출될 수 있다.
DE 10 2008 059 968 A1호에는 화재 예방 및/또는 소화를 위해 배터리의 개별 전지들이 포함하는 배터리의 내부 챔버가 라인을 통해 배터리의 냉각제 회로에 유체 연결되고, 필요시 적어도 일시적으로 냉각제가 냉각제 회로로부터 내부 챔버 내로 도입되는 차량의 리튬 이온 배터리의 작동을 위한 방법 및 장치가 공지되어 있다.
본 발명의 과제는 전기화학 에너지 저장 장치와 관련해서 화재 예방 및/또는 소화를 위한 기술적 교리를 제공하고, 가능한 한 공지된 해결 방법의 제한과 단점들을 극복하는 것이다.
상기 과제는 독립 청구항들 중 한 항에 따른 생성물 및 방법에 의해 해결된다.
본 발명의 바람직한 개선예들은 종속 청구항에 의해 보호 청구된다.
본 발명에 따라 복수의 전기화학 에너지 저장 장치로 이루어진 배터리가 제공되고, 상기 에너지 저장 장치들 사이에 각각 분리 부재가 배치되고, 상기 분리 부재는 특정 조건이 주어지거나 또는 발생하는 경우에 상기 분리 부재로부터 화재 억제 물질(fire retarding material) 또는 소화 약제(fire extinguishing agent)를 배출할 수 있도록 형성된다.
이와 관련해서 전기화학 에너지 저장 장치란, 에너지를 화학적 형태로 저장하고 상기 에너지를 전기 형태로 외부 컨슈머에 공급할 수 있는 장치이다. 이러한 에너지 저장 장치의 주요 예들은 연료 전지, 갈바니 전지 및 복수의 이러한 전지들로 이루어진 어셈블리이다. 바람직하게 전지들은 이 경우, 화학적 형태로 저장된 에너지를 전기 형태로 컨슈머에 공급할 수 있을 뿐만 아니라, 전기 에너지의 제공 시 상기 에너지는 화학적 형태로도 저장, 즉 충전될 수 있는 2차 전지, 즉 전기화학 에너지 저장 장치이다.
이와 관련해서 배터리란, 바람직하게 전기화학 에너지 저장 장치들의 전기 접속이 동시에 이루어지는 전기화학 에너지 저장 장치들의 입체적 축적물이다. 전기화학 에너지 저장 장치는 바람직하게 배터리 하우징 내에 배치되고, 상기 배터리 하우징 내에 특히 각기둥 모양으로 형성된 전기화학 에너지 저장 장치가 바람직하게 프레임에 의해 고정되고, 상기 프레임은 바람직하게 필름 패키지가 장착된 개별 전기화학 에너지 저장 장치 또는 갈바니 전지에 기계적 안정성을 제공한다. 개별 전기화학 에너지 저장 장치들 사이에 바람직하게 분리 부재들이 배치되고, 상기 분리 부재들은 특히 바람직하게 개별 전기화학 에너지 저장 장치들의 입체적 축적물을 진동, 충격 또는 다른 기계적, 열 또는 다른 잠재적 손상 요인에 대해 보호하고, 개별 전기화학 에너지 저장 장치를 온도 조절하고, 특히 냉각하고, 바람직하게 화재 억제 작용을 할 수 있도록 하는데 이용된다.
이와 관련해서 화재란, 배터리, 에너지 저장 장치 또는 에너지 저장 장치의 부분 또는 에너지 저장 장치의 주변이 바람직하지 않은 화학 반응으로 변화 또는 분해되는 모든 과정이다. 이러한 의미에서 화재는 특히 에너지 저장 장치의 소자 또는 부품들 또는 상기 에너지 저장 장치 주변의 특히 발열 화학 반응이고, 이러한 반응은 대개 에너지 저장 장치 또는 그 부품들의 과열로 인해 발생한다.
이와 관련해서 소화 약제란 소화 작용, 즉 바람직하게는 화재 억제 작용을 하고 및/또는 화재 발생을 저지하거나 또는 어렵게 하는 물질 또는 혼합 물질이다. 소화 작용이란 본 발명과 관련해서 바람직하게, 화재를 저지하는 작용, 즉 화재의 연속 또는 발생을 억제하거나 또는 약화시킬 수 있는 작용을 의미한다. 소화 약제 또는 소화 약제의 바람직한 함유 물질의 주요 예는 화재를 지속시킬 수 있는 화학 반응 물질을 화점(fire source)에서 제거하거나, 또는 발화 또는 화재의 지속에 필요한 화학 반응을 억제하는 물질이다. 소화 약제는 바람직하게 소화 첨가제가 용매 또는 캐리어 물질과 혼합됨으로써 형성된다.
바람직한 소화 첨가제는 본 발명과 관련해서 소위 겔 형성제이고, 상기 겔 형성제는 다른 물질들, 바람직하게는 물과 같은 캐리어 물질 또는 용매와 관련해서 바람직하게 점착성 및 바람직하게는 점성 겔 또는 점탄성 유체를 형성하고, 이들은 바람직하게 연소중인 대상물 및 그 표면에 대한 높은 점착성을 특징으로 한다. 겔 형성제는 바람직하게 소위 초흡수제(superabsorber)에 기반하고 바람직하게 분말 또는 고체 물질 또는 에멀전으로서 공급되는 소화 첨가제(extinguishing agent)의 바람직한 예이다. 초흡수제는 대부분 그 중량 또는 체적의 수배에 이르는 물 또는 다른 캐리어 물질을 흡수할 수 있다. 해당하는 초흡수제에 의해 물과 혼합하여 형성된 수성 겔은 종래의 거품층과 달리, 기밀성 배리어층이 형성되는 장점을 갖고, 상기 배리어층은 종래의 거품층의 경우보다 더 오래 지속되고, 훨씬 적은 양의 물을 가연성 물질에 배출한다.
본 발명의 설명과 관련해서 점탄성 유체(viscoelastic fluid)란, 점탄성 특성을 갖는 유체이다. (바람직한) 유체란 임의의 느린 전단(shearing)에 (거의) 저항이 없는 물질이다. 압축성 유체(기체)와 비압축성 유체(액체)가 구별된다. 대부분의 물리적 법칙은 기체와 액체에 (거의) 동일하게 적용되고, 이들의 여러 특성들은 정량적으로만 서로 구별되고 기본적으로 정성적으로는 서로 구별되지 않기 때문에, 상의어인 "유체"가 사용된다. 실제 유체는 그 거동에 따라, 유체 역학으로 설명되는 "뉴턴 유체"와 유동학(rheology)으로 설명되는 비뉴턴 유체로 구분된다. 이 경우, 매체의 유동 거동에서 차이가 있으며, 상기 유동 거동은 전단 응력 및 왜곡 속도 또는 전단 속도에 의해 설명된다.
예를 들어 폴리머 용융물과 같은 유체 또는 플라스틱과 같은 고체의 시간, 온도 및/또는 주파수 의존적인 탄성을 점탄성이라고 한다. 점탄성은 부분적으로는 탄성 거동, 부분적으로는 점성 거동에 의해 특징된다. 물질은 외부로부터 작용하는 힘을 제거한 후에 불완전하지만 처음 상태로 되돌아가고, 남은 에너지는 플로우 프로세스(flow process)의 형태로 제거된다.
본 발명의 상세한 설명과 관련해서, 겔이란 적어도 하나의 제 1 의 상(종종, 고체상) 및 적어도 하나의 제 2 의 상(종종, 액체상)으로 이루어진 미세 분산계이다. 겔은 대개 콜로이드이다. 고체상은 스폰지 같은 3차원 망을 형성하고, 상기 망의 다공은 액체 또는 기체로 채워진다. 2개의 상들은 대개 완전히 스며든다. 다른 매체(고체, 기체 또는 액체), 즉 분산매에 미세하게 분포된 입자 또는 액적을 콜로이드라고 한다.
본 발명과 관련해서 다른 바람직한 소화 약제 또는 화제 억제 물질은 불활성 가스 또는 불활성 가스 혼합물이다. 불활성 가스란 이와 관련해서 바람직하게 화재의 발생 또는 지속에 필요하거나 이를 촉진하는 화학 반응제를 화재 영역으로부터 밀어내거나 또는 제거함으로써, 화재를 예방하고 또는 소화하기 위해 적합한 가스 또는 가스 혼합물이다. 이러한 불활성 가스의 바람직한 예는 아르곤, 질소, 이산화탄소 가스 또는 예컨대 Inergen® 또는 Argonite® 와 같은 상기 몇 가지 가스들의 혼합물이다.
기본적으로 불활성 가스란, 이와 관련해서 연소 물질과 화학 반응하지 않고 연소 물질의 가능한 반응제를 화재 영역으로부터 제거하기에 적합한 모든 가스이다. Inergen® 은 질소, 아르곤 및 이산화탄소로 이루어진 혼합물에 대한 상표명이고, 이것은 소화 약제로서 소화에 이용되거나 또는 보호 가스로서 능동적 화재 예방에 이용된다. Inergen은 질소 52 Vol./-%,, 아르곤 40 Vol.% 및 이산화탄소 8 Vol.%로 이루어진다(http://de.wikipedia.org/wiki/Inergen).
INERGEN®의 모든 성분들 - 아르곤, 질소 및 이산화탄소 - 은 천연 물질이다. 아르곤과 질소는 주변 대기에서 얻어지고, 이산화탄소는 천연 가스원에서 얻어진다. 소화 후에 이들은 변하지 않고 다시 대기로 돌아가고, 이 경우 환경을 오염시키지 않는다. INERGEN®은 산소 치환에 의해 화재를 억제하고, 동시에 이산화탄소의 함량에 의해 인체의 산소 공급을 보장한다.
소화 약제 내의 8 Vol.%의 CO2 함량은 배출된 영역에서 화재 위험 및 소화 약제 양에 따라 2.5 - 5.0 Vol.%의 농도를 갖는다. 이러한 낮은 퍼센티지는 인체의 호흡 조절 시스템에 영향을 미치므로, 소화 영역 내 낮은 산소 공급은 - 소화를 위해 14 Vol.% 내지 10 Vol.%로 감소됨 - 호흡 주기(체적)의 자동적인 증가에 의해 보상된다. 중요한 신체 기능을 보호하기 위해 우리의 뇌세포에 도달하는 산소량은 - 의식 불명자의 경우에도 - 실제로 변동이 없다. 즉, INERGEN®은 인체 기관을 손상시키지 않는 가스 소화 약제이다. 이것은 잔류물 없이 100% 환경 친화적으로 완전히 소화한다(http://www.totalwalther.de/inergen_loeschanlagen.htm).
0℃ 와 1013 hPa에서 1.784 kg/㎤의 밀도를 갖는 천연가스 아르곤은 공기보다 무겁다. 이것은 화학적으로 매우 불활성(inert)이고, 천연가스 중에 가장 저렴하고, 대량으로 공급될 수 있으므로, 여러 분야에서 산업적으로 이용된다. 아르곤은 질소가 보호 가스로서 사용될 수 없는 경우에, 예컨대 고온에서 질소와 화학 반응하는 금속 가공시 보호 가스로서 바람직하게 사용된다. 아르곤은 무독성이고, 바람직하게 식품 포장 시 및 와인 제조 시 추진제 및 보호 가스로서 식품 첨가제(E938)로 이용된다. 아르곤은 소화 작용으로 인해 가스 형태의 소화 약제로 사용될 수 있고, 특히 전기 및 컴퓨터 장치에서 주로 대상물 보호를 위해 이용된다(http://de.wikipedia.org/wiki/Argon).
질소는 0℃에서 1,250 kg/㎤의 밀도를 갖는, 공기보다 무거운 무색 무독성의 가스이고, 77.36 캘빈(Kelvin)에서 비등한다. 분자 질소는 78%를 차지하는 천연 호흡 공기의 주요 성분이다. 질소는 아르곤처럼 식품 첨가제로서, 예를 들어 추진제, 포장용 가스 또는 E941이라는 명칭으로 크림 휘핑을 위한 가스로서 허용된다. 질소는 특히 용접 시 보호 가스로서 및 램프 충전 가스로서 이용된다. 질소의 불활성은 이 경우에 바람직하게 작용한다(http://de.wikipedia.org/wiki/Stickstoff).
이산화탄소는 2000℃ 이상에서 불연성이고, 일산화탄소와 산소로 분리되는 무색 무취의 가스로서 물에 잘 용해된다. 이산화탄소는 염기성 금속 산화물 또는 금속 수산화물과 함께 두 종류의 염을 형성하고, 상기 염은 탄산염 또는 탄산수소염이라고도 한다(http://de.wikipedia.org/wiki/Kohlenstoffdioxid). 이산화탄소는 호흡 공기의 천연 성분이고, 호흡 공기에서 0.038%의 평균 농도로 존재한다. 이산화탄소는 산소를 치환하는 특성으로 인해 소화에 적합하고, 특히 휴대용 소화기 및 자동 소화 시스템에서 사용된다.
불활성 가스 Inergen®의 성분으로서 이산화탄소는, Inergen이 사람이 머무르는 공간에서도 소화와 화재 예방을 위해 사용될 수 있도록 작용한다. 이산화탄소는 산소 부족 상태에서 인간의 호흡수를 증가시키고, 따라서 인간은 Inergen이 배출된 공간에서 10 V0l.%를 약간만 넘는 산소 농도에서도 생존할 수 있다. 이러한 낮은 산소 농도에서 대부분의 화재는 소화되거나 또는 심지어 발생하지 않기 때문에, Inergen 기반의 화재 방지 및 소화는 다른 보호 가스에 의한 화재 예방보다 선호되므로, 이로 인해 인간에게 미치는 위험이 줄어들 수 있다.
Argonite®은 약 50%의 아르곤과 50% 질소로 이루어진 혼합물의 상표명이다. Inergen과 달리 Argonite은 이산화탄소 혼합물을 포함하지 않으므로, Inergen의 이산화탄소 혼합물의 생명 유지 효과가 Agonite의 사용시에는 나타나지 않을 수 있지만, 경우에 따라서 바람직하게, Argonite의 사용시 생물에 미치는 바람직하지 않은 작용 또는 이산화탄소 혼합물과의 화학 반응을 염려하지 않아도 된다.
아르곤 또는 질소 또는 부분적으로 바람직하게는 이산화탄소로 이루어진 혼합물을 포함할 수 있는 Inergen 또는 Argonite처럼 상기 가스들의 혼합물과 같은 전술한 불활성 가스 외에도, 불활성 가스로서 본 발명과 관련해서 표준 조건에서 대개 가스 형태인 다른 화합물도 고려되고, 상기 화합물은 화재 억제, 화재 방지 또는 소화 작용을 한다.
예컨대 플루오르포름 또는 플루오르 성분이 다른 할로겐으로 대체된 이와 유사한 할로포름도 여기에 포함된다. 플루오르포름은 화학식 CHF3를 갖고, 소화 약제로서 일반적으로 낮은 독성, 낮은 화학 반응성 및 높은 밀도로 인해 적합해 보이는 다양한 용도에서 사용된다. 플루오르포름은 듀폰사의 상품명 FE-13로 시중에서 구매할 수 있다.
또한, 본 발명과 관련해서 불활성 가스 1,1,1,2,3,3,3,-헵타플루오르프로판도 고려되고, 이것은 상품명 HFC-20720 또는 HFC-227ea로도 알려져 있다. 이것은 무색 무취의 가스 형태의 할로카본이다. 이러한 화합물은 가스 형태의 소화 약제로서 통용된다. 소화 약제는 바람직하게 데이터 처리 및 통신 설비 영역에서 소화에 적합하다. 소화 작용은 바람직하게 6.25 Vol.% 내지 9 Vol.%의 농도에서 나타난다.
US 환경청은 사람이 있는 공간에서도 9 Vol.%의 농도 이하에서 상기 가스의 사용을 허용한다. 매우 높은 온도에서 헵탄플루오르프로판은 플루오르화 수소를 형성하면서 분해된다.
본 발명과 관련해서 불활성 가스로서 사용될 수 있는 다른 화합물은 브로모트리플루오르메탄이다. 브로모트리플루오르메탄은 6%의 농도에서 연소를 억제한다.
또한, 본 발명과 관련해서 불활성 가스로서 브로모클로르디플루오르메탄이 고려될 수도 있고, 이것은 Halon 1211로도 공지되어 있다.
할로겐을 함유한 몇 개의 전술한 화합물은 환경 유해 작용과 관련해서 고려되고, 부분적으로 그것의 이용은 법적 규정에 의해 제한되었기 때문에, 여기에서는 특히 상품명 Novec 1230으로 알려진 다른 화합물이 더 언급된다. 이것은 3M사의 제품이다. Novec 1230의 밀도는 1.723 g/㎤이고, 따라서 가스는 공기보다 무겁다. 화합물은 표준 조건에서 액체로 존재하므로, 액체 상태에서도 화재 영역에 제공될 수 있다.
여기에서 지면의 한계로 인해 열거할 수 없는 다른 기체 또는 액체 화합물은 본 발명과 관련한 불활성 가스 또는 불활성 가스 혼합물의 성분으로서 적합하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 제어 장치의 신호에 의해 분리 부재로부터 화재 억제 물질 또는 소화 약제의 배출이 야기된다. 이러한 제어 장치는 바람직하게 소위 배터리 관리 시스템이고, 상기 시스템은 바람직하게 화재 또는 화재 발생 가능성을 나타낼 수 있는 측정 변수의 검출을 위한 센서를 포함한다. 이러한 측정 변수의 바람직한 예들은 배터리 부품들의 또는 배터리 부품들 사이의 갭 내의 가스의 온도, 화학 물질의 압력, 부분 압력 또는 농도이고, 특정 농도로 존재하는 화학 물질은 화재 또는 화재의 발생 가능성을 나타낼 수 있다.
이러한 제어 장치는 센서에 의해 검출된 측정 변수를 바람직하게는 프로그래밍된 알고리즘에 따라 또는 전자 표시 로직에 따라, 바람직하게 적어도 하나의 프로세서를 이용하여 바람직하게 적어도 하나의 신호로 처리하고, 상기 신호는 분리 부재로부터 화재 억제 물질 또는 소화 약제의 배출을 야기한다. 이를 위해 바람직하게 전자 제어 가능한 밸브, 점화 장치 또는 다른 액추에이터가 사용되고, 이들에 의해 전자 신호는 기계적, 공압적, 유압적, 열적 또는 다른 작용으로 변환될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예들의 특징들과 조합될 수 있는 특징을 갖는 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 제어 장치의 신호의 작용 없이 분리 부재로부터 화재 억제 물질 또는 소화 약제의 배출이 야기된다. 이러한 경우에 분리 부재는 바람직하게, 특정 물리적 또는 화학적 파라미터의 화재 또는 화재의 발생 가능성을 나타내는 변동이 분리 부재 또는 분리 부재의 적어도 하나의 부품의 물리적 또는 화학적 반응을 야기하도록 형성되고, 이러한 반응에 의해 제어 장치의 신호 작용 없이 분리 부재로부터 화재 억제 물질 또는 소화 약제가 배출된다. 이는 바람직하게 설정 파단 위치의 손상 또는 바람직하게는 발열 화학 반응의 점화 또는 분리 부재 또는 분리 부재의 적어도 하나의 부품의 유사한 물리적 또는 화학적 반응일 수 있다. 본 발명의 이러한 실시예들은, 본 발명의 다른 실시예에서 제공된 제어 장치가 고장 또는 손상된 경우에도 분리 부재로부터 화재 억제 물질 또는 소화 약제의 배출이 이루어질 수 있는 장점을 제공한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예들의 특징들과 조합될 수 있는 특징을 포함하는 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 분리 부재의 내부에, 표면 위에 또는 주변에 있는 물질의 온도 상승에 의해 분리 부재로부터 화제 억제 물질 또는 소화 약제의 배출이 야기된다. 바람직하게는 분리 부재의 내부에, 표면 위에 또는 주변에 온도 센서가 배치되고, 상기 센서의 신호들이 바람직하게 예컨대 배터리 관리 시스템과 같은 제어 장치에 의해 평가됨으로써, 화재 발생 시 또는 화재 중에 분리 부재로부터 화재 억제 물질 또는 소화 약제의 배출이 야기될 수 있다. 본 발명의 다른 바람직한 실시예에서 분리 부재의 내부에, 표면 위에 또는 주변에 있는 물질의 온도 상승은 물리적 또는 화학적 반응, 바람직하게는 발열 반응의 점화를 야기하고, 이러한 반응의 에너지는 이 경우에 적어도 부분적으로 분리 부재로부터 화재 억제 물질 또는 소화 약제의 배출을 야기하는 프로세스의 시작을 위해 이용된다.
본 발명의 다른 실시예의 특징들과 조합될 수 있는 다른 특징을 포함하는 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 분리 부재의 내부에, 표면 위에 또는 주변에 있는 물질의 농도 증가에 의해 분리 부재로부터 화재 억제 물질 또는 소화 약제의 배출이 야기된다. 바람직하게는 분리 부재의 내부에, 표면 위에 또는 주변에 화학 센서가 배치되고, 상기 센서의 신호들은 바람직하게 예컨대 배터리 관리 시스템과 같은 제어 장치에 의해 평가되어 화재 발생 시 또는 화재 중에 분리 부재로부터 화재 억제 물질 또는 소화 약제의 배출이 야기될 수 있다. 본 발명의 다른 바람직한 실시예에서 분리 부재의 내부에, 표면 위에 또는 주변에 있는 물질의 농도 증가는 물리적 또는 화학적 반응, 바람직하게는 발열 반응의 점화를 야기하고, 이러한 반응의 에너지는 이 경우에 적어도 부분적으로 분리 부재로부터 화재 억제 물질 또는 소화 약제의 배출을 야기하는 프로세스의 시작을 위해 이용된다.
본 발명의 다른 실시예들의 특징들과 조합될 수 있는 특징을 포함하는 다른 바람직한 실시예에 따라, 팽창으로 인해 분리 부재로부터 배출 시 분리 부재로부터 배출되는 적어도 하나의 화재 억제 물질 또는 소화 약제의 온도는 감소한다. 바람직하게는 이와 관련해서 단열 팽창(Adiabatic expansion) 또는 등엔탈피 팽창(isenthalpic expansion)이 이용된다. 후자는 주울-톰슨 효과(Joule-Thomson effect)라고도 한다.
단열 팽창 시 바람직하게 기체 물질의 체적 또는 적어도 하나의 가스로 이루어진 혼합물의 체적 및 고체 또는 액체의, 바람직하게는 미세하게 분포된 화재 억제 물질 또는 소화 약제의 체적은 주변과의 열 교환에 대해 적어도 거의 차단되면서 증가 또는 팽창한다. 이 경우 팽창된 물질의 온도는 물질의 온도와 압력과 같은 열역학적 상태 변수 및 물질의 화학적 조성, 특히 물질 내의 상호 분자력에 의존하는 특정 조건에서 감소한다. 이러한 관련성은 당업자에게 공업 열역학으로부터 충분히 공지되어 있으므로 여기에서 설명되지 않는다.
당업자에게 열역학으로부터 주울-톰슨 효과로도 공지되어 있는 스로틀에 의한 실제 가스의 등엔탈피 팽창 시 팽창된 물질의 온도는 물질의 온도와 압력과 같은 열역학적 상태 변수 및 물질의 화학적 조성, 특히 물질 내 상호 분자력에 의존하는 특정 조건에서 감소한다. 이러한 관련성은 당업자에게 공업 열역학으로부터 충분히 공지되어 있으므로 여기에서 설명되지 않는다.
본 발명의 이러한 또는 다른 실시예에서 분리 부재는 바람직하게 적어도 하나의 적절한 노즐 또는 스로틀을 포함하고, 상기 노즐 또는 스로틀을 통해 단열 또는 등엔탈피 팽창 물질이 분리 부재로부터 배출될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예들의 특징들과 조합될 수 있는 특징들을 포함하는 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 분리 부재는 적어도 부분적으로 탄성 쿠션, 패드 또는 밸룬(balloon)으로서 형성된다.
본 발명의 다른 실시예들의 특징들과 조합될 수 있는 특징들을 포함하는 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 분리 부재는 적어도 부분적으로 기체의 화재 억제 물질 또는 소화 약제로 충전된다.
본 발명의 다른 실시예들의 특징들과 조합될 수 있는 특징들을 포함하는 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 분리 부재는 적어도 부분적으로 고체 또는 액체 물질로 충전되고, 상기 물질은 특정 조건이 주어지거나 또는 발생하는 경우에 또는 분리 부재로부터 배출되는 경우에 적어도 부분적으로 액체 또는 기체 상태로 천이된다. 바람직하게 특히 쿠션, 패드 또는 밸룬을 적어도 부분적으로 채우고 있는 가스의 단열 또는 등엔탈피 팽창에 의해 예컨대 적어도 부분적으로 상기 쿠션, 패드 또는 밸룬으로서 형성된 분리 부재 내의 설정 파단 위치의 파열 시 감압으로 인해 응집 상태의 이러한 변동이 발생한다.
본 발명의 다른 실시예들의 특징들과 조합될 수 있는 특징들을 포함하는 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 분리 부재 내의 또는 분리 부재로부터 배출 시 적어도 하나의 고체 또는 액체 물질의 액체 또는 기체 상태로 적어도 부분적인 천이는 냉각 작용과 관련된다. 냉각 작용은 바람직하게 단열 또는 등엔탈피 팽창의 결과, 특히 바람직하게 이에 후속하는, 단열 또는 등엔탈피 팽창에 의해 액화된 가스의 기화 과정과 결합하여 제공되고, 이러한 기화 과정에서 기화되거나 또는 증발되는 액체는 그 주변의 열을 빼앗고, 이로 인해 상기 액체는 주변을 냉각한다.
본 발명의 다른 실시예들의 특징들과 조합될 수 있는 특징들을 포함하는 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 배터리의 적어도 하나의 하우징 벽과 전기화학 에너지 저장 장치 사이에 적어도 하나의 분리 부재가 배치된다.
본 발명의 다른 실시예의 특징들과 조합될 수 있는 특징들을 포함하는 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라, 적어도 하나의 분리 부재는 제 1 프레임을 포함하고, 상기 프레임은 상기 분리 부재에 인접하는 적어도 하나의 전기화학 에너지 저장 장치의 적어도 하나의 제 2 프레임에 연결된다.
하기에서 본 발명은 바람직한 실시예들을 참고로 도면에 의해 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리의 바람직한 실시예의 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 배터리의 다른 바람직한 실시예의 개략도.
2개의 도면에 도시된 실시예들은 복수의 전기화학 에너지 저장 장치(2)로 이루어진 배터리를 도시하고, 상기 전기화학 에너지 저장 장치들 사이에 각각 분리 부재(10)가 배치된다. 전기화학 에너지 저장 장치는 전기 도체(9, 11)에 의해 직렬 접속되고, 메인 리드(4 또는 5)를 통해 단부측 에너지 저장 장치의 전기 접속부들이 외부로 안내된다. 배터리 하우징(1)의 벽, 커버 플레이트 및 베이스 플레이트와 에너지 저장 장치(2) 사이에 분리 부재들(3, 6, 7, 8)이 배치된다. 상기 분리 부재들 또는 몇 개의 분리 부재들은 바람직하게 탄성 쿠션, 패드 또는 밸룬으로서 형성된다. 이로 인해 에너지 저장 장치(2)는 진동 또는 충격의 손상 또는 파손 영향으로부터 보호될 수 있다. 이로 인해 분리 부재는 화재 억제 또는 소화 효과 외에도 에너지 저장 장치에 대한 기계적인 보호 작용을 한다.
도 2에 도시된 실시예는 추가로 제어 장치(12)를 포함하고, 상기 제어 장치는 바람직하게 센서에 의해 제어되도록, 신호들을 생성하고 분리 부재(13)에 전송할 수 있고, 상기 신호들은 분리 부재로부터 화재 억제 물질 또는 소화 약제의 배출을 야기할 수 있다.
2 전기 화학 에너지 저장 장치
10 분리 부재
12 제어 장치

Claims (12)

  1. 복수의 전기화학 에너지 저장 장치(2)를 포함하며, 상기 복수의 전기화학 에너지 저장 장치(2) 사이에 각각 분리 부재(10)가 배치되어 있는 배터리에 있어서,
    특정 조건이 주어지거나 발생하는 경우에 상기 분리 부재로부터 화재 억제 물질(fire retarding material) 또는 소화 약제(fire extinguishing agent)를 배출할 수 있는 것을 특징으로 하는 배터리.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 분리 부재로부터 화재 억제 물질 또는 소화 약제의 배출은 제어 장치(12)의 신호에 의해 야기되는 것을 특징으로 하는 배터리.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 분리 부재로부터 화재 억제 물질 또는 소화 약제의 배출은 제어 장치의 신호 작용 없이 야기되는 것을 특징으로 하는 배터리.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분리 부재로부터 화재 억제 물질 또는 소화 약제의 배출은 상기 분리 부재의 내부에, 표면 위에 또는 주변에 있는 물질의 온도 상승에 의해 야기되는 것을 특징으로 하는 배터리.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분리 부재로부터 화재 억제 물질 또는 소화 약제의 배출은 상기 분리 부재의 내부에, 표면 위에 또는 주변에 있는 물질의 농도 증가에 의해 야기되는 것을 특징으로 하는 배터리.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 화재 억제 물질 또는 소화 약제가 팽창으로 인해 상기 분리 부재로부터 배출되는 경우에 상기 분리 부재로부터 배출되는 상기 적어도 하나의 화재 억제 물질 또는 소화 약제의 온도는 감소하는 것을 특징으로 하는 배터리.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분리 부재는 탄성 쿠션, 패드 또는 밸룬(balloon)으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분리 부재는 적어도 부분적으로 기체 화재 억제 물질 또는 소화 약제로 충전되는 것을 특징으로 하는 배터리.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분리 부재는 적어도 부분적으로 고체 또는 액체 물질로 충전되고, 상기 물질은 특정 조건이 주어지거나 발생하는 경우에 또는 상기 분리 부재로부터 배출시 적어도 부분적으로 액체 또는 기체 상태로 천이되는 것을 특징으로 하는 배터리.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 분리 부재 내의 또는 분리 부재로부터 배출시 적어도 하나의 고체 또는 액체 물질이 액체 또는 기체 상태로 적어도 부분적으로 천이하는 것은 냉각 작용과 관련되는 것을 특징으로 하는 배터리.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배터리의 적어도 하나의 하우징 벽과 적어도 하나의 전기화학 에너지 저장 장치 사이에 적어도 하나의 분리 부재(3, 6, 7, 8)가 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 분리 부재는 제 1 프레임을 포함하고, 상기 프레임은 상기 분리 부재에 인접하는 적어도 하나의 전기화학 에너지 저장 장치의 제 2 프레임에 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리.
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