KR20160020234A

KR20160020234A - 배터리팩 자동 소화 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20160020234A
Application number: KR1020140105316A
Authority: KR
Inventors: 임도경
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2014-08-13
Filing date: 2014-08-13
Publication date: 2016-02-23

Abstract

본 발명은 배터리팩 자동 소화 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 내부에 공간부가 형성된 배터리팩(100)과; 상기 배터리팩(100) 내부에 구비되어 상기 배터리팩(100) 내부에서 화재 발생을 감지하는 센서부(200)와; 상기 배터리팩(100)의 공간부에 구비되며, 상기 센서부(200)와 연동되어 상기 배터리팩(100)에서 화재 발생 시 기체를 분사하는 기체발생부(300)로 구성되며, 배터리팩(100) 내부에서 온도 변화 및 연기 발생 여부에 대한 데이터를 수집하는 제1단계(S10)와; 상기 제1단계(S10)에서 수집된 데이터를 통해 상기 배터리팩(100)의 화재 여부를 판단하는 제2단계(S20)와; 상기 제2단계(S20)에서 화재 발생 시 상기 배터리팩(100)이 장착된 차량에 화재 발생을 알리는 제3단계(S30)와; 상기 제3단계(S30) 이후 상기 배터리팩(100) 내부에 구비된 기체발생부(300)를 작동시켜 상기 배터리팩(100) 내부에 질소가스를 분사하는 제4단계(S40)와; 상기 제4단계(S40)의 기체발생부(300)가 정상적으로 작동되는지 여부를 판단하는 제5단계(S50)로 구성되어, 배터리팩(100) 내부 화재에 대해 대응이 가능하게 하여 화재 발생 시 초기 진압이 가능하게 함으로써 차량 탑승자의 안전을 확보할 수 있게 하는 것이다.

Description

배터리팩 자동 소화 장치 및 방법{Automatic fire extinguishing device of battery pack and method thereof}

본 발명은 배터리팩 자동 소화 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 차량용 고전압배터리에서 화재 발생 시 배터리팩 자체에서 화재를 감지하고 자동으로 소화시킬 수 있게 하기 위한 배터리팩 자동 소화 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차분야에서도 대체 에너지원이 절실히 필요해지고 있는 실정이며, 이에 대한 대안으로 공해가 없는 동력원인 전기를 연료로 하는 전기자동차의 연구가 활발하게 진행되고 있다.

이러한 전기자동차는 차량을 구동시키기 위한 구동모터와 더불어, 구동모터에 전력을 공급하는 축전수단으로서 고전압배터리를 포함한다.

이때, 전기로 구동되는 차량에 장착되는 고전압 배터리시스템의 경우, 내부에 화재 발생 시 실질적으로 소화가 불가능한 경우가 많은데 그 이유는 첫째, 배터리의 탑재 위치가 사용자가 쉽게 근접하기 어렵고, 둘째, 배터리가 보통 밀폐형이거나 냉각 덕트/홀만을 가지고 있어 화재 발생 시 화재 진압을 위한 소화기, 물, 모래 등을 사용하여 화재 진압이 쉽지 않기 때문이다.

실제로 전기 동력을 이용한 차량에서 화재가 발생한 경우 대부분 전소로 이어져서 인적/물적 피해가 상당함을 확인할 수 있다. 즉, 화재의 원인이 되는 부분에 접근 및 화재 진압이 쉽지 않아서, 전소 될 때 까지 기다리는 경우가 대부분이다.

또한, 종래의 전기자동차의 화재 내용을 살펴보면 배터리팩에 인가되는 충격, 과충전, 단락, 관통 등으로 인하여 화재가 발생한 경우에도, 직접적인 진화나 소화 기능을 수행할 수 없어 대부분 전소가 이루어지게 되는 문제점이 있었다.

특허 1 : 대한민국 공개특허 10-2014-0064176

본 발명은 상기의 문제점을 해소하기 위한 배터리팩 자동 소화 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 차량용 고전압배터리에서 화재 발생 시 배터리팩 자체에서 화재를 감지하고 자동으로 소화시킬 수 있게 하기 위한 것을 목적으로 한다.

이러한 본 발명은 내부에 공간부가 형성된 배터리팩과; 상기 배터리팩 내부에 구비되어 상기 배터리팩 내부에서 화재 발생을 감지하는 센서부와; 상기 배터리팩의 공간부에 구비되며, 상기 센서부와 연동되어 상기 배터리팩에서 화재 발생 시 기체를 분사하는 기체발생부;를 포함함으로써 달성된다.

상기 기체발생부는 상기 배터리팩의 전방 양단과 후방 양단에 구비되며, 상기 센서부는 상기 배터리팩 중앙 양단에 구비되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 배터리팩 전방 양단에 구비된 상기 기체발생부는 상기 배터리팩 후방을 향해 기체를 분사하며, 상기 배터리팩 후방 양단에 구비된 상기 기체발생부는 상기 배터리팩 전방을 향해 기체를 분사하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 센서부는 상기 배터리팩 내부의 온도 변화를 감지하는 온도센서와; 상기 배터리팩 내부의 연기 발생 여부를 감지하는 연기센서;를 포함하도록 하는 것이 바람직하다.

상기 기체발생부에 충진된 기체는 아지드화 나트륨이 포함된 질소가스가 되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 배터리팩 내부에서 온도 변화 및 연기 발생 여부에 대한 데이터를 수집하는 제1단계와; 상기 제1단계에서 수집된 데이터를 통해 상기 배터리팩의 화재 여부를 판단하는 제2단계와; 상기 제2단계에서 화재 발생 시 상기 배터리팩이 장착된 차량에 화재 발생을 알리는 제3단계와; 상기 제3단계 이후 상기 배터리팩 내부에 구비된 기체발생부를 작동시켜 상기 배터리팩 내부에 질소가스를 분사하는 제4단계와; 상기 제4단계의 기체발생부가 정상적으로 작동되는지 여부를 판단하는 제5단계;를 포함함으로써 달성된다.

이상과 같은 본 발명은 배터리팩 내부 화재에 대해 대응이 가능하게 하여 화재 발생 시 초기 진압이 가능하게 함으로써 차량 탑승자의 안전을 확보할 수 있고, 에어백 작동과 유사한 동작으로 인해 배터리팩 내부에 안정적으로 장착된 상태에서 작동되어 신뢰성과 상품성을 향상시키는데 효과가 있는 발명인 것이다.

도 1은 본 발명의 배터리팩 자동 소화 장치를 도시하는 도면,
도 2는 본 발명의 배터리팩 자동 소화 장치에서 기체발생의 작동 상태를 도시하는 도면,
도 3은 본 발명의 배터리팩 자동 소화 방법을 도시하는 흐름도.

본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 배터리팩 자동 소화 장치는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 배터리팩(100)과, 배터리팩(100) 내부의 화재 발생을 감지하는 센서부(200)와, 센서부(200)와 연동되어 화재 발생 시 기체를 분사하는 기체발생부(300);를 포함한다.

배터리팩(100)은 전기자동차에서 차량을 구동시키기 위한 것으로 구동모터에 전력을 공급하는 축전수단이다.

이때, 배터리팩(100) 내부에는 충전이 가능하도록 여러 가지 부속 부품이 구비되어 있으나 전방과 후방에는 배터리팩(100)의 케이스 결합을 위해 일부 여유 공간부가 형성되는데 본 발명에서는 이 공간부에 자동 소화가 가능한 구성을 장착시키도록 하여 배터리팩(100)의 사이즈를 확대시키거나 변형하지 않고도 본 발명의 목적을 달성할 수 있게 한다.

센서부(200)는 배터리팩(100) 내부에 구비되어 배터리팩(100) 내부에서 발생되는 화재 여부를 감지하도록 한다.

이때, 센서부(200)는 배터리팩(100) 중앙 양단에 구비되도록 하여 배터리팩(100) 내부 상태를 가장 빠르게 감지할 수 있게 하는 것이 바람직하다.

또한, 센서부(200)는 배터리팩(100) 내부의 온도 변화를 감지하는 온도센서(210)와, 배터리팩(100) 내부의 연기 발생 여부를 감지하는 연기센서(220)로 이루어져, 배터리팩(100) 내부에서 발생되는 화재 감지를 보다 구체화 하여 온도가 상승하거나 연기가 발생하는 경우 이를 감지함으로써 초기 화재에 대응할 수 있게 한다.

이처럼, 화재 감지를 위해서는 센서부(200)가 필수적이며, 온도센서(210)는 배터리팩(100)의 온도 측정을 가장 적절하게 할 수 있는 위치에 장착되게 하고, 연기센서(220)의 경우 기체 확산을 감안하면 배터리팩(100) 내부 어디에서도 설치가 가능하나, 온도센서(210) 장착 위치와 같이 연기 발생 가능성이 높은 부위 근처에 설치하는 것이 좋다. 다만 연기의 경우, 공기보다 밀도가 높아 아래쪽으로 가라앉을 가능성이 있으므로 배터리팩(100) 하부에도 장착되도록 하여 연기 검출에 유리하도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 온도센서(210)의 설정 온도 및 연기센서(220)의 연기 정도는 차량의 배터리팩(100) 사양에 따라 다르게 설정할 수 있게 한다.

기체발생부(300)는 센서부(200)와 연동되어 센서부(200)에서 배터리팩(100)의 화재 발생을 감지한 경우 배터리팩(100) 내부에 기체를 분사하는 것으로, 배터리팩(100)의 공간부에 구비된다.

한편, 기체발생부(300)의 기체 분사 작동은 에어백 작동과 유사한 시스템으로 차량에 충돌 발생 시 이를 감지하여 가스 발생을 통해 에어백이 팽창되는 것과 같이 기체발생부(300)도 배터리팩(100) 내부 화재 발생 시 이를 감지하여 기체발생부(300) 내부에 가를 발생시켜 가스를 분사할 수 있게 한다.

이때, 기체발생부(300)는 배터리팩(100)의 전방 양단과 후방 양단에 구비되도록 하여 화재 발생 시 배터리팩(100) 내부의 화재 진압을 신속하게 처리하도록 한다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이 배터리팩(100) 전방 양단에 구비된 기체발생부(300)는 배터리팩(100) 후방을 향해 기체를 분사하며, 배터리팩(100) 후방 양단에 구비된 기체발생부(300)는 배터리팩(100) 전방을 향해 기체를 분사도록 하여 배터리팩(100) 내부의 화재 진압이 용이하도록 한다.

이처럼, 용이한 화재 진압을 위해 기체발생부(300)가 장착되는 위치를 선정하기 위해서는 몇 가지 조건을 충족해야 하는데, 먼저 리튬이온 배터리의 경우, 과충전/단락 등이 발생하는 경우 내부에 산소가 발생하게 되어, 발화가 쉽게 진행되기 때문에 소화 장치의 기체 발생 방향은 배터리 쪽을 향하여 설치되어야 한다. 또한, 냉각 유로가 있는 경우, 유로를 따라서 기체의 이동이 용이하도록 냉각 유로 면을 마주하고 있어야 하고, 유로가 없이 적층된 경우라 하더라도, 기체가 가장 전파가 용이한 방향을 마주하고 있도록 설치되어야 한다. 또한, 여분의 공간이면 어디든 설치 가능하나, 화재가 발생하게 되면, 화재 감지 이전에 제어기의 신호선이 연소될 가능성이 있기 때문에 신호/전원선은 배터리팩(100)에서 일정 공간을 확보하고, 화염에 손상되지 않도록 프로텍터와 같은 보호 부품이 구비되도록 한다. 또한, 제어기/전장품의 단락 등을 통한 화재의 발생도 가능하기 때문에 전장품/제어기의 화재에 대비 가능하도록 위치와 방향을 선정하도록 한다.

한편, 기체발생부(300)에는 아지드화 나트륨이 포함된 질소가스가 충진되도록 하여 화재 진압이 가능하도록 한다.

또한, 기체발생부(300)는 별도의 전원부(미도시)와 연결되어 활성화 할 수 있도록 하며, 화재 시에도 동작이 가능하도록 신호/전원선 와이어 루트 및 프로텍터 등을 고려해야 하고, 인렛/아웃렛 덕트를 개폐할 수 있는 구조가 장착되어있다면, 화재에 의해 기체발생부(300)가 작동하게 되면 인렛/아웃렛 덕트를 막도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 배터리팩 자동 소화 방법은 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리팩(100) 내부 상태에 대한 데이터를 수집하는 제1단계(S10)와, 배터리팩(100)의 화재 여부를 판단하는 제2단계(S20)와, 화재 발생을 탑승자에게 알리는 제3단계(S30)와, 배터리팩(100)에 질소가스를 분사하는 제4단계(S40)와, 기체발생부(300) 작동 여부를 판단하는 제5단계(S50);를 포함한다. 이때 배터리팩 자동 소화 장치와 관련된 구성은 도 1 및 도 2를 참조하도록 한다.

제1단계(S10)는 배터리팩(100) 내부에 구비된 온도센서(210)와 연기센서(220)를 통해 배터리팩(100) 내부의 온도 변화 및 연기 발생 여부를 감지하여 이에 대한 데이터를 수집한다.

제2단계(S20)는 제1단계(S10)에서 수집된 온도 변화 및 연기 발생에 대한 데이터를 통해 배터리팩(100)의 화재 여부를 판단하여 화재 발생 시 다음 단계로 진행되도록 하며, 화재 발생이 아닌 경우 이전 단계로 돌아가도록 한다.

제3단계(S30)는 제2단계(S20)에서 화재 발생 판정 시 배터리팩(100) 화재 진압 이전에 배터리팩(100)이 장착된 차량에 화재 발생을 알려 차량 탑승자 알림단계이다.

이때, 탑승자에게 알리는 방법은 계기판에 경고 문구를 나타내거나 경고음을 발생시켜 탑승자에게 배터리팩(100) 화재 발생을 통보하고 탑승자가 조치를 취할 수 있게 한다.

제4단계(S40)는 배터리팩(100) 내부에 구비된 기체발생부(300)를 작동시켜 배터리팩(100) 내부에 충진된 질소가스를 분사하여 배터리팩(100)의 화재를 진압한다.

제5단계(S50)는 제4단계(S40)에서 배터리팩(100) 화재 진압 작동이 정상적으로 되고 있는 지를 판단하는 단계로 기체발생부(300)의 질소가스 분사가 제대로 작동하고 있는지 판단하여 질소가스 분사가 작동되지 않는 경우 제4단계(S40)로 되돌려 보내 기체발생부(300) 작동을 재시도하며, 질소가스 분사가 제대로 작동되는 경우 배터리팩(100) 내부의 화재가 제대로 진압될 때 까지 질소가스 분사 작동이 유지되도록 한다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100 : 배터리팩 200 : 센서부
210 : 온도센서 220 : 연기센서
300 : 기체발생부 S10 : 제1단계
S20 : 제2단계 S30 : 제3단계
S40 : 제4단계 S50 : 제5단계

Claims

내부에 공간부가 형성된 배터리팩과;
상기 배터리팩 내부에 구비되어 상기 배터리팩 내부에서 화재 발생을 감지하는 센서부와;
상기 배터리팩의 공간부에 구비되며, 상기 센서부와 연동되어 상기 배터리팩에서 화재 발생 시 기체를 분사하는 기체발생부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리팩 자동 소화 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 기체발생부는 상기 배터리팩의 전방 양단과 후방 양단에 구비되며, 상기 센서부는 상기 배터리팩 중앙 양단에 구비되는 것을 특징으로 하는 배터리팩 자동 소화 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 배터리팩 전방 양단에 구비된 상기 기체발생부는 상기 배터리팩 후방을 향해 기체를 분사하며, 상기 배터리팩 후방 양단에 구비된 상기 기체발생부는 상기 배터리팩 전방을 향해 기체를 분사하는 것을 특징으로 하는 배터리팩 자동 소화 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 센서부는
상기 배터리팩 내부의 온도 변화를 감지하는 온도센서와;
상기 배터리팩 내부의 연기 발생 여부를 감지하는 연기센서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리팩 자동 소화 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 기체발생부에 충진된 기체는 아지드화 나트륨이 포함된 질소가스인 것을 특징으로 하는 배터리팩 자동 소화 장치.
배터리팩 내부에서 온도 변화 및 연기 발생 여부에 대한 데이터를 수집하는 제1단계와;
상기 제1단계에서 수집된 데이터를 통해 상기 배터리팩의 화재 여부를 판단하는 제2단계와;
상기 제2단계에서 화재 발생 시 상기 배터리팩이 장착된 차량에 화재 발생을 알리는 제3단계와;
상기 제3단계 이후 상기 배터리팩 내부에 구비된 기체발생부를 작동시켜 상기 배터리팩 내부에 질소가스를 분사하는 제4단계와;
상기 제4단계의 기체발생부가 정상적으로 작동되는지 여부를 판단하는 제5단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리팩 자동 소화 방법.