KR20210075235A - Fire detection sensor module for lithium ion battery and system including the same - Google Patents

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신덕식
이상택
조주희
김수용
조영찬
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Abstract

The present invention relates to a fire detection sensor module for a lithium-ion battery and a fire detection system including the same. The present invention is provided to prevent accidents such as fire or explosion of the lithium-ion battery in advance by monitoring the state of the lithium-ion battery from various viewpoints. The fire detection sensor module according to the present invention detects and monitors the state of a battery cell from various viewpoints for each battery cell. The fire detection sensor module applies a reference value according to each sensing value and blocks the output of the lithium-ion battery when the reference value is exceeded, thereby preventing fire or explosion of the lithium-ion battery in advance.

Description

리튬이온 배터리용 화재감지 센서모듈 및 그를 포함하는 화재감지 시스템{Fire detection sensor module for lithium ion battery and system including the same}Fire detection sensor module for lithium ion battery and system including the same}

본 발명은 리튬이온 배터리 관리 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 리튬이온 배터리의 화재 또는 폭발 여부를 미리 감지하여 리튬이온 배터리의 출력을 차단하는 리튬이온 배터리용 화재감지 센서모듈 및 그를 포함하는 화재감지 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a lithium-ion battery management technology, and more particularly, a fire detection sensor module for a lithium-ion battery that detects fire or explosion of a lithium-ion battery in advance and blocks the output of the lithium-ion battery, and fire detection including the same It's about the system.

최근 전기자동차 및 신재생에너지 활성화에 따른 리튬이온 배터리가 많이 산업에 이용되고 있다. 리튬이온 배터리는 화학적인 특성으로 인해 일정한 온도조건과 정격 충방전 전류로 운전되어야 안전성이 확보되고 고유의 성능을 발휘할 수 있다.Recently, lithium-ion batteries have been widely used in industries due to the activation of electric vehicles and new and renewable energy. Lithium-ion batteries must be operated under constant temperature conditions and rated charge/discharge current due to their chemical characteristics to ensure safety and exhibit unique performance.

하지만 산업에서 사용이 될 때는 이러한 조건이 충족되지 않은 상태에서 이용되고, 이로 인해 리튬이온 배터리가 폭발하는 사고가 빈번하게 발생하고 있다.However, when used in industry, these conditions are not met, and as a result, lithium-ion batteries are frequently used in explosion accidents.

이러한 문제점을 해소하기 위해서, 기존에는 배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System)에서 배터리 셀의 온도를 측정하고, 측정한 온도가 기준치 이상이 되면 배터리의 출력을 차단하는 방법을 적용하였다.In order to solve this problem, conventionally, a method of measuring the temperature of a battery cell in a battery management system (BMS) and blocking the output of the battery when the measured temperature exceeds a reference value has been applied.

하지만 배터리 셀의 온도만으로 배터리의 상태 변화를 정확히 예측하기 어렵다. 즉 리튬이온 배터리의 온도를 모든 배터리 셀에서 측정되는 것이 아니라, 리튬이온 배터리의 중앙부 및 특정 위치 몇 곳에만 측정하여 모니터링 하기 때문에, 문제가 있는 배터리 셀의 직접적인 온도 확인이 어려울 수 있다. 더욱이 배터리가 정상상태를 벗어나는 경우 열폭주로 인해 순식간에 고온으로 상승하여 폭발을 일으키기 때문에, 배터리 셀의 온도만을 감지하여 배터리의 화재나 폭발을 미연에 방지하는데는 한계가 있다.However, it is difficult to accurately predict a change in the state of the battery only with the temperature of the battery cell. In other words, since the temperature of the lithium-ion battery is not measured in all battery cells, but is measured and monitored only in the central part of the lithium-ion battery and in a few specific locations, it may be difficult to directly check the temperature of a problematic battery cell. Moreover, when the battery is out of its normal state, it rises to a high temperature in an instant due to thermal runaway and causes an explosion, so there is a limit in preventing a fire or explosion of the battery in advance by detecting only the temperature of the battery cell.

등록특허공보 제10-1489837호 (2015.02.04. 공고)Registered Patent Publication No. 10-1489837 (2015.02.04. Announcement)

따라서 본 발명의 목적은 리튬이온 배터리의 상태를 다양한 관점에서 모니터링하여 리튬이온 배터리의 화재 또는 폭발과 같은 사고를 미연에 방지할 수 있는 리튬이온 배터리용 화재감지 센서모듈 및 그를 포함하는 화재감지 시스템을 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a fire detection sensor module for lithium-ion batteries capable of preventing accidents such as fire or explosion of lithium-ion batteries in advance by monitoring the state of lithium-ion batteries from various viewpoints, and a fire detection system including the same. is to provide

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 리튬이온 배터리에 구비되는 복수의 배터리 셀에 각각 설치되는 리튬이온 배터리용 화재감지 센서모듈로서, 배터리 셀의 상태를 감지하여 센싱값을 출력하는 센서부; 및 상기 센서부로부터 센싱값을 수신하고, 수신한 센싱값이 기 설정된 기준값을 초과하는 지의 여부를 판단하고, 초과하는 경우 상기 리튬이온 배터리의 출력을 차단하는 출력 차단 신호를 상기 리튬이온 배터리의 충방전 릴레이부로 출력하는 제어부;를 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a fire detection sensor module for a lithium ion battery that is respectively installed in a plurality of battery cells provided in a lithium ion battery, comprising: a sensor unit for detecting the state of the battery cell and outputting a sensed value; and receiving the sensing value from the sensor unit, determining whether the received sensing value exceeds a preset reference value, and generating an output blocking signal for blocking the output of the lithium ion battery when it exceeds the charging of the lithium ion battery and a control unit outputting to the discharge relay unit.

상기 센서부는, 상기 배터리 셀의 변위를 감지하여 상기 제어부로 출력하는 변위 센서; 상기 배터리 셀의 온도를 감지하여 상기 제어부로 출력하는 온도 센서; 상기 배터리 셀에서 방출되는 가스량을 감지하여 상기 제어부로 출력하는 가스 센서; 및 상기 배터리 셀 주위의 습도를 감지하여 상기 제어부로 출력하는 습도 센서;를 포함한다.The sensor unit may include: a displacement sensor detecting the displacement of the battery cell and outputting it to the control unit; a temperature sensor sensing the temperature of the battery cell and outputting it to the controller; a gas sensor for detecting the amount of gas emitted from the battery cell and outputting it to the control unit; and a humidity sensor that senses the humidity around the battery cell and outputs it to the controller.

상기 제어부는 상기 센서부로부터 수신한 변위, 온도, 가스량 및 습도를 포함하는 센싱값을 이용하여 상기 출력 차단 신호의 출력 여부를 결정한다.The control unit determines whether to output the output blocking signal by using the sensing values including the displacement, temperature, gas amount, and humidity received from the sensor unit.

본 발명에 따른 화재감지 센서모듈은, 상기 배터리 셀의 외측면에 접촉되게 설치되는 하부면과, 상기 하부면에 반대되는 상부면을 구비하는 인쇄회로기판;을 더 포함한다.The fire detection sensor module according to the present invention further includes a printed circuit board having a lower surface installed to be in contact with an outer surface of the battery cell and an upper surface opposite to the lower surface.

상기 인쇄회로기판의 하부면에 상기 변위 센서가 상기 배터리 셀의 외측면에 접촉될 수 있도록 실장된다.The displacement sensor is mounted on the lower surface of the printed circuit board so as to be in contact with the outer surface of the battery cell.

상기 인쇄회로기판의 상부면에 상기 제어부, 상기 온도 센서, 상기 가스 센서 및 상기 습도 센서가 배치될 수 있다.The control unit, the temperature sensor, the gas sensor, and the humidity sensor may be disposed on an upper surface of the printed circuit board.

본 발명에 따른 화재감지 센서모듈은, 상기 인쇄회로기판의 상부면에 배치되며, 배터리 관리 시스템 또는 상위 제어기와 통신을 수행하는 통신부;를 더 포함한다.The fire detection sensor module according to the present invention further includes a communication unit disposed on the upper surface of the printed circuit board and communicating with the battery management system or the upper controller.

상기 제어부는 상기 통신부를 통하여 상기 센싱값을 상기 배터리 관리 시스템 또는 상기 상위 제어기로 전송할 수 있다.The control unit may transmit the sensed value to the battery management system or the host controller through the communication unit.

상기 제어부는 상기 통신부를 통하여 상기 출력 차단 신호를 상기 배터리 관리 시스템으로 전송한다. 상기 배터리 관리 시스템이 상기 출력 차단 신호를 상기 리튬이온 배터리의 충방전 릴레이부로 출력하도록 한다.The control unit transmits the output blocking signal to the battery management system through the communication unit. The battery management system outputs the output cutoff signal to the charge/discharge relay unit of the lithium ion battery.

상기 변위 센서는 스트레인게이지 및 가속도 센서 중에 적어도 하나를 포함할 수 있다.The displacement sensor may include at least one of a strain gauge and an acceleration sensor.

상기 가스 센서는 CO2 및 CO를 감지할 수 있다.The gas sensor may sense CO 2 and CO.

본 발명은 또한, 복수의 배터리 셀을 구비하는 리튬이온 배터리; 상기 리튬이온 배터리에 대한 충방전을 온/오프하거나 상기 리튬이온 배터리의 출력을 차단하는 충방전 릴레이부; 및 상기 리튬이온 배터리의 복수의 배터리 셀에 각각 설치되어 상기 복수의 배터리 셀의 상태에 대한 모니터링을 수행하고, 모니터링 중 상기 리튬이온 배터리의 화재 또는 폭발 여부를 미리 감지하면, 상기 충방전 릴레이부를 통하여 상기 리튬이온 배터리의 출력을 차단하는 상기 복수의 화재감지 센서모듈;을 포함하는 화재감지 시스템을 제공한다.The present invention also provides a lithium-ion battery having a plurality of battery cells; a charging/discharging relay unit for turning on/off charging and discharging of the lithium ion battery or blocking an output of the lithium ion battery; and each of the plurality of battery cells of the lithium ion battery is installed to monitor the state of the plurality of battery cells, and if fire or explosion of the lithium ion battery is detected in advance during monitoring, through the charge/discharge relay unit It provides a fire detection system comprising; the plurality of fire detection sensor modules to block the output of the lithium-ion battery.

본 발명에 따르면, 화재감지 센서모듈은 배터리 셀마다 다양한 관점에서 배터리 셀의 상태를 감지하여 모니터링 하고, 각각의 센싱값에 따른 기준값을 적용하여 기준값을 초과하면 리튬이온 배터리의 출력을 차단함으로써, 리튬이온 배터리의 화재 또는 폭발을 미연에 방지할 수 있다.According to the present invention, the fire detection sensor module detects and monitors the state of the battery cell from various viewpoints for each battery cell, and when the reference value is exceeded by applying a reference value according to each sensing value, the output of the lithium-ion battery is cut off. It is possible to prevent fire or explosion of the ion battery in advance.

본 발명에 따른 화재감지 센서모듈에서 수집한 센싱값은 배터리 관리 시스템(BMS)과의 통신을 통해 상위 제어기에 리튬이온 배터리의 상태 정보로 전달할 수 있다.The sensed value collected by the fire detection sensor module according to the present invention may be transmitted as state information of the lithium-ion battery to the upper controller through communication with the battery management system (BMS).

본 발명에 따른 화재감지 시스템이 소화 모듈을 포함하고 있는 경우, 소화 모듈을 통하여 직접 리튬이온 배터리에 대한 화재를 진화할 수도 있다.When the fire detection system according to the present invention includes a fire extinguishing module, it is also possible to extinguish a fire for a lithium ion battery directly through the fire extinguishing module.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 리튬이온 배터리용 화재감지 센서모듈을 포함하는 화재감지 시스템을 보여주는 블록도이다.
도 2는 도 1의 화재감지 센서모듈을 보여주는 블록도이다.
도 3은 도 1의 화재감지 센서모듈의 하부면을 보여주는 평면도이다.
도 4는 도 3의 화재감지 센서모듈의 상부면을 보여주는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 화재감지 센서모듈이 배터리 셀에 설치된 상태를 보여주는 정면도이다.
도 6은 도 5의 측면도이다.
도 7은 리튬이온 배터리에 본 발명의 제1 실시예에 따른 화재감지 센서모듈이 설치된 상태를 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 리튬이온 배터리용 화재감지 센서모듈을 포함하는 화재감지 시스템을 보여주는 블록도이다.1 is a block diagram showing a fire detection system including a fire detection sensor module for a lithium ion battery according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating the fire detection sensor module of FIG. 1 .
3 is a plan view showing a lower surface of the fire detection sensor module of FIG. 1 .
4 is a plan view showing an upper surface of the fire detection sensor module of FIG. 3 .
5 is a front view showing a state in which the fire detection sensor module according to the first embodiment of the present invention is installed in a battery cell.
FIG. 6 is a side view of FIG. 5 ;
7 is a view showing a state in which the fire detection sensor module according to the first embodiment of the present invention is installed in a lithium ion battery.
8 is a block diagram illustrating a fire detection system including a fire detection sensor module for a lithium ion battery according to a second embodiment of the present invention.

하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.It should be noted that, in the following description, only parts necessary for understanding the embodiments of the present invention are described, and descriptions of other parts will be omitted without departing from the gist of the present invention.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.The terms or words used in the present specification and claims described below should not be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventors have appropriate concepts of terms in order to best describe their inventions. It should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined in Accordingly, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only preferred embodiments of the present invention, and do not represent all of the technical spirit of the present invention, so various equivalents that can be substituted for them at the time of the present application It should be understood that there may be variations and variations.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

[제1 실시예][First embodiment]

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 리튬이온 배터리용 화재감지 센서모듈을 포함하는 화재감지 시스템을 보여주는 블록도이다.1 is a block diagram showing a fire detection system including a fire detection sensor module for a lithium ion battery according to a first embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 제1 실시예에 따른 리튬이온 배터리(10)용 화재감지 시스템(100; 이하 '화재감지 시스템'이라 함)은 리튬이온 배터리(10)의 화재 또는 폭발 여부를 미리 감지하여 리튬이온 배터리(10)의 출력을 차단하는 시스템이다. 이러한 화재감지 시스템(100)은 리튬이온 배터리(10), 충방전 릴레이부(20) 및 복수의 화재감지 센서모듈(30)을 포함한다. 리튬이온 배터리(10)는 복수의 배터리 셀(11)을 구비한다. 충방전 릴레이부(20)는 리튬이온 배터리(10)에 대한 충방전을 온/오프하거나 리튬이온 배터리(10)의 출력을 차단한다. 그리고 복수의 화재감지 센서모듈(30)은 리튬이온 배터리(10)의 복수의 배터리 셀(11)에 각각 설치되어 복수의 배터리 셀(11)의 상태에 대한 모니터링을 수행한다. 복수의 화재감지 센서모듈(30)은 각각 모니터링 중 리튬이온 배터리(10)의 화재 또는 폭발 여부를 미리 감지하면, 충방전 릴레이부(20)를 통하여 리튬이온 배터리(10)의 출력을 차단한다.Referring to FIG. 1 , the fire detection system 100 for a lithium ion battery 10 according to the first embodiment (hereinafter referred to as a 'fire detection system') detects in advance whether a fire or explosion of the lithium ion battery 10 is performed. It is a system that blocks the output of the lithium ion battery 10 . The fire detection system 100 includes a lithium ion battery 10 , a charge/discharge relay unit 20 , and a plurality of fire detection sensor modules 30 . The lithium ion battery 10 includes a plurality of battery cells 11 . The charge/discharge relay unit 20 turns on/off the charge/discharge for the lithium ion battery 10 or blocks the output of the lithium ion battery 10 . And the plurality of fire detection sensor modules 30 are respectively installed in the plurality of battery cells 11 of the lithium ion battery 10 to perform monitoring of the state of the plurality of battery cells (11). When the plurality of fire detection sensor modules 30 detect in advance whether the lithium ion battery 10 is fire or exploded during monitoring, respectively, cut off the output of the lithium ion battery 10 through the charge/discharge relay unit 20 .

그 외 제1 실시예에 따른 화재감지 시스템(100)은 배터리 관리 시스템(50; battery management system; BMS) 및 상위 제어기(60)를 더 포함할 수 있다.In addition, the fire detection system 100 according to the first embodiment may further include a battery management system 50 (battery management system; BMS) and an upper controller 60 .

리튬이온 배터리(10)는 충방전이 가능한 이차 전지로서, 부하에 전기에너지를 공급하는 복수의 리튬이온 이차전지 셀을 구비한다. 리튬이온 이차전지 셀은 외부 충격, 열 또는 진동 등으로 보호하기 위해서 일정한 개수, 예컨대 10개 내외로 묶어 프레임에 넣은 배터리 셀(11)로 제작된다. 리튬이온 배터리(10)는 이러한 배터리 셀(11)을 복수개로 묶어 배터리 팩 형태로 제작된다.The lithium ion battery 10 is a rechargeable battery capable of charging and discharging, and includes a plurality of lithium ion secondary battery cells supplying electric energy to a load. Lithium ion secondary battery cells are manufactured with a certain number, for example, about 10 battery cells placed in a frame in order to protect them from external shock, heat, or vibration. The lithium ion battery 10 is manufactured in the form of a battery pack by bundling a plurality of these battery cells 11 .

충방전 릴레이부(20)는 화재감지 센서모듈(30) 또는 배터리 관리 시스템(50)의 제어에 따라 리튬이온 배터리(10)에 대한 충방전을 스위칭한다. 제1 실시예에서는 화재감지 센서모듈(30)의 출력 차단 신호에 따라 충방전 릴레이부(20)를 제어하여 리튬이온 배터리(10)의 출력을 차단한다.The charging/discharging relay unit 20 switches charging/discharging of the lithium ion battery 10 according to the control of the fire detection sensor module 30 or the battery management system 50 . In the first embodiment, the output of the lithium ion battery 10 is cut off by controlling the charge/discharge relay unit 20 according to the output cutoff signal of the fire detection sensor module 30 .

이러한 충방전 릴레이부(20)는 메인 릴레이(21), 선충전 릴레이(22), 충전 릴레이(26) 및 방전 릴레이(27)를 포함하며, 저항(23), 제1 다이오드(24) 및 제2 다이오드(25)를 포함한다.The charge/discharge relay unit 20 includes a main relay 21, a precharge relay 22, a charge relay 26, and a discharge relay 27, a resistor 23, a first diode 24, and a first 2 diodes 25 are included.

충방전 릴레이부(20)는 아래와 같이 구성될 수 있다. 메인 릴레이(21)가 연결된 주 배선은 3갈래의 서브 배선으로 분기된다. 서브 배선은 제1 서브 배선, 제2 서브 배선 및 제3 서브 배선을 포함한다. 제1 서브 배선에는 저항(23)과 선충전 릴레이(22)가 직렬로 연결된다. 제2 서브 배선은 제1 서브 배선 아래에 배치되며, 제1 다이오드(24) 및 제2 다이오드(25)는 서로 마주보는 방향으로만 전류가 흐를 수 있도록 직렬로 연결된다. 제3 서브 배선은 제2 서브 배선 아래에 배치되며, 충전 릴레이(26) 및 방전 릴레이(27)가 서로 직렬로 연결된다. 그리고 제1 다이오드(24) 및 제2 다이오드(25) 사이의 제2 서브 배선 부분과, 충전 릴레이(26) 및 방전 릴레이(27) 사이의 제3 서브 배선 부분은 연결 배선을 통해서 서로 연결된다.The charge/discharge relay unit 20 may be configured as follows. The main wiring to which the main relay 21 is connected is branched into three sub wirings. The sub wiring includes a first sub wiring, a second sub wiring, and a third sub wiring. A resistor 23 and a precharge relay 22 are connected in series to the first sub-wiring. The second sub-wiring is disposed under the first sub-wiring, and the first diode 24 and the second diode 25 are connected in series to allow current to flow only in the direction facing each other. The third sub-wiring is disposed under the second sub-wiring, and the charging relay 26 and the discharging relay 27 are connected in series with each other. In addition, the second sub-wiring portion between the first diode 24 and the second diode 25 and the third sub-wiring portion between the charging relay 26 and the discharging relay 27 are connected to each other through a connection line.

메인 릴레이(21)는 리튬이온 배터리(10)와 외부 기기의 연결을 온/오프한다. 외부 기기는 부하 또는 전원 공급 장치일 수 있다. 전원 공급 장치는 발전기 또는 배터리일 수 있다. 메인 릴레이(21)는 선충전 또는 충/방전 시 온(On)되고, 리튬이온 배터리(10)의 이상 발생에 따른 출력 차단 신호에 따라 오프(Off)된다.The main relay 21 turns on/off the connection between the lithium ion battery 10 and an external device. The external device may be a load or a power supply. The power supply may be a generator or a battery. The main relay 21 is turned on during pre-charging or charging/discharging, and is turned off according to an output blocking signal according to an abnormal occurrence of the lithium ion battery 10 .

리튬이온 배터리(10)는 제조된 이후에 선충전을 수행한다. 선충전은 메인 릴레이(21)에 연결된 저항(23) 및 선충전 릴레이(22)를 통하여 수행될 수 있다. 즉 메인 릴레이(21)와 저항(23)을 매개로 연결된 선충전 릴레이(22)를 온(On)하여 리튬이온 배터리(10)를 선충전한다. 선충전 시 충전 릴레이(26) 및 방전 릴레이(27)는 오프(Off)된 상태를 유지한다. 선충전 이후에 선충전 릴레이(22)는 항상 오프(Off)된 상태를 유지한다.After the lithium-ion battery 10 is manufactured, it performs pre-charging. Precharge may be performed through the resistor 23 and the precharge relay 22 connected to the main relay 21 . That is, the lithium ion battery 10 is precharged by turning on the precharge relay 22 connected via the main relay 21 and the resistor 23 . During precharge, the charging relay 26 and the discharging relay 27 maintain an off state. After the precharge, the precharge relay 22 always maintains an off state.

리튬이온 배터리(10)의 충방전은 메인 릴레이(21)에 연결된 충전 릴레이(26) 및 방전 릴레이(27)의 온/오프를 통하여 수행한다. 즉 충전을 수행하는 경우, 메인 릴레이(21) 및 충전 릴레이(26)는 온(On) 되고, 방전 릴레이(27)는 오프(Off) 된다. 반대로 방전을 수행하는 경우, 메인 릴레이(21) 및 방전 릴레이(27)는 온(On) 되고, 충전 릴레이(26)는 오프(Off) 된다.Charging and discharging of the lithium ion battery 10 is performed through on/off of the charging relay 26 and the discharging relay 27 connected to the main relay 21 . That is, when charging is performed, the main relay 21 and the charging relay 26 are turned on (On), and the discharging relay 27 is turned off (Off). Conversely, when discharging is performed, the main relay 21 and the discharging relay 27 are turned on (On), and the charging relay 26 is turned off (Off).

배터리 관리 시스템(50)은 리튬이온 배터리(10)의 전반적인 관리를 수행한다. 배터리 관리 시스템(50)은 리튬이온 배터리(10)의 전압, 전류 및 온도 등을 모니터링하여 최적의 상태로 유지 관리하여, 배터리의 교체시기를 예측하거나 배터리 문제를 사전에 발견하는 등을 수행한다. 배터리 관리 시스템(50)은 화재감지 센서모듈(30)로부터 센싱값을 수신하거나 상위 제어기(60)로부터 제어 신호를 수신하여 리튬이온 배터리(10)에 대한 관리를 수행할 수 있다. 배터리 관리 시스템(50)은 상위 제어기(60)로 리튬이온 배터리(10)에 대한 관리 정보를 전달할 수 있다.The battery management system 50 performs overall management of the lithium ion battery 10 . The battery management system 50 monitors the voltage, current, temperature, etc. of the lithium ion battery 10 and maintains it in an optimal state, and predicts the replacement time of the battery or detects a battery problem in advance. The battery management system 50 may receive a sensing value from the fire detection sensor module 30 or a control signal from the upper controller 60 to manage the lithium ion battery 10 . The battery management system 50 may transmit management information about the lithium ion battery 10 to the upper controller 60 .

상위 제어기(60)는 배터리 관리 시스템(50)을 통하여 리튬이온 배터리(10)의 관리를 수행한다. 상위 제어기(60)는 배터리 관리 시스템(50)로부터 배터리 셀(11)의 상태 정보를 수신하여 관리할 수 있다. 그리고 상위 제어기(60)는 화재감지 센서모듈(30)로부터 센싱값을 수신하여 관리할 수 있다. 이러한 상위 제어기(60)는 리튬이온 배터리를 관리하는 관리자 단말기이거나, 리튬이온 배터리가 차량에 설치되는 경우 차량의 전자제어장치(electronic control unit; ECU)일 수 있다.The upper controller 60 manages the lithium ion battery 10 through the battery management system 50 . The upper controller 60 may receive and manage state information of the battery cell 11 from the battery management system 50 . In addition, the upper controller 60 may receive and manage the sensed value from the fire detection sensor module 30 . The upper controller 60 may be a manager terminal for managing a lithium ion battery, or an electronic control unit (ECU) of a vehicle when the lithium ion battery is installed in the vehicle.

그리고 화재감지 센서모듈(30)은 리튬이온 배터리(10)의 복수의 배터리 셀(11)에 각각 설치되어 배터리 셀(11)로부터 다양한 정보, 예컨대 변위, 온도, 가스량, 습도를 센싱값으로 감지하여 리튬이온 배터리(10)를 모니터링 한다. 화재감지 센서모듈(30)은 리튬이온 배터리(10)의 모니터링 중, 리튬이온 배터리(10)의 화재 또는 폭발로 이어질 것으로 예측되면, 리튬이온 배터리(10)의 출력을 차단한다.And the fire detection sensor module 30 is installed in each of the plurality of battery cells 11 of the lithium ion battery 10 to detect various information from the battery cells 11, for example, displacement, temperature, gas amount, and humidity as sensing values. Monitor the lithium-ion battery (10). When the fire detection sensor module 30 is predicted to lead to a fire or explosion of the lithium ion battery 10 during monitoring of the lithium ion battery 10 , it blocks the output of the lithium ion battery 10 .

이때 화재감지 센서모듈(30)은 센싱값과 기 설정된 기준값을 기준으로 리튬이온 배터리(10)의 이상 유무를 판단하고, 기준값을 초과하는 경우 리튬이온 배터리(10)의 출력을 차단하는 출력 차단 신호를 생성하여 출력한다. 여기서 기준값은 센싱값을 기준으로 리튬이온 배터리(10)의 화재 또는 폭발로 이어질 것으로 예측하기 위해서 설정된 값이다. 기준값은 리튬이온 배터리(10)로부터 수집되는 다양한 센싱값, 예컨대 변위, 온도, 가스량 및 습도로 구분하여 설정될 수 있다. 기준값은 변위, 온도, 가스량 및 습도 중 적어도 하나에 가중치를 주고 설정될 수 있다.At this time, the fire detection sensor module 30 determines whether there is an abnormality in the lithium ion battery 10 based on the sensed value and a preset reference value, and when it exceeds the reference value, an output blocking signal for blocking the output of the lithium ion battery 10 create and output Here, the reference value is a value set to predict that a fire or explosion of the lithium ion battery 10 will occur based on the sensed value. The reference value may be set by dividing various sensing values collected from the lithium ion battery 10 , for example, displacement, temperature, gas amount, and humidity. The reference value may be set by giving weight to at least one of displacement, temperature, gas amount, and humidity.

리튬이온 배터리(10)의 이상 유무는 센싱값 각각에 대해서 개별적으로 판단할 수도 있고, 복수의 센싱값을 복합화하여 판단할 수 있다.The presence or absence of an abnormality in the lithium ion battery 10 may be individually determined for each of the sensed values, or may be determined by combining a plurality of sensed values.

제1 실시예에 따른 화재감지 센서모듈(30)은 출력 차단 신호를 충방전 릴레이부(20)로 직접 출력하여 리튬이온 배터리(10)의 출력을 차단한다.The fire detection sensor module 30 according to the first embodiment directly outputs an output cutoff signal to the charge/discharge relay unit 20 to block the output of the lithium ion battery 10 .

한편 화재감지 센서모듈(30)은 센싱값과, 출력 차단 신호를 배터리 관리 시스템(50) 또는 상위 제어기(60)로 전달할 수 있다.Meanwhile, the fire detection sensor module 30 may transmit a sensed value and an output cutoff signal to the battery management system 50 or the upper controller 60 .

제1 실시예에 따른 화재감지 시스템(100)에는 도시하진 않았지만, 리튬이온 배터리(10)에 설치되는 소화 모듈을 더 포함할 수 있다. 소화 모듈은, 출력 차단 신호를 화재감지 센서모듈(30), 배터리 관리 시스템(50) 및 상위 제어기(60) 중에 하나를 통하여 수신하면, 리튬이온 배터리(10)에 소화액을 분사하여 리튬이온 배터리(10)에서 발생될 수 있는 화재를 직접 진화할 수 있다.Although not shown, the fire detection system 100 according to the first embodiment may further include a fire extinguishing module installed in the lithium ion battery 10 . When the fire extinguishing module receives the output cutoff signal through one of the fire detection sensor module 30, the battery management system 50 and the upper controller 60, the fire extinguishing liquid is injected into the lithium ion battery 10 to the lithium ion battery ( 10) can directly extinguish the fire that may occur.

이와 같이 제1 실시예에 따르면, 화재감지 센서모듈(30)은 배터리 셀(11)마다 다양한 관점에서 배터리 셀(11)의 상태를 감지하여 모니터링 하고, 각각의 센싱값에 따른 기준값을 적용하고, 기준값을 초과하면 리튬이온 배터리(10)의 출력을 차단함으로써, 리튬이온 배터리(10)의 화재 또는 폭발을 미연에 방지할 수 있다.As described above, according to the first embodiment, the fire detection sensor module 30 detects and monitors the state of the battery cell 11 from various viewpoints for each battery cell 11, and applies a reference value according to each sensing value, When the reference value is exceeded, by blocking the output of the lithium ion battery 10, a fire or explosion of the lithium ion battery 10 can be prevented in advance.

제1 실시예에 따른 화재감지 센서모듈(30)에서 수집한 센싱값은 배터리 관리 시스템(50)과의 통신을 통해 상위 제어기(60)에 리튬이온 배터리(10)의 상태 정보로 전달될 수 있다.The sensed value collected by the fire detection sensor module 30 according to the first embodiment may be transmitted as state information of the lithium-ion battery 10 to the upper controller 60 through communication with the battery management system 50 . .

그리고 제1 실시예에 따른 화재감지 시스템(100)이 소화 모듈을 포함하고 있는 경우, 소화 모듈을 통하여 직접 리튬이온 배터리(10)에 대한 화재를 진화할 수도 있다.In addition, when the fire detection system 100 according to the first embodiment includes the fire extinguishing module, the fire in the lithium ion battery 10 may be extinguished directly through the fire extinguishing module.

이와 같은 제1 실시예에 따른 화재감지 센서모듈(30)에 대해서 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 2는 도 1의 화재감지 센서모듈(30)을 보여주는 블록도이다.The fire detection sensor module 30 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2 as follows. Here, FIG. 2 is a block diagram showing the fire detection sensor module 30 of FIG. 1 .

제1 실시예에 따른 화재감지 센서모듈(30)은 센서부(40) 및 제어부(39)를 포함한다. 센서부(40)는 배터리 셀(11)의 상태를 감지하여 센싱값을 출력한다. 그리고 제어부(39)는 센서부(40)로부터 센싱값을 수신하고, 수신한 센싱값이 기 설정된 기준값을 초과하는 지의 여부를 판단한다. 초과하는 경우, 제어부(39)는 리튬이온 배터리(10)의 출력을 차단하는 출력 차단 신호를 리튬이온 배터리(10)의 충방전 릴레이부(20)로 출력한다. 그 외 제1 실시예에 따른 화재감지 센서모듈(30)은 저장부(34)와 통신부(35)를 더 포함할 수 있다.The fire detection sensor module 30 according to the first embodiment includes a sensor unit 40 and a control unit 39 . The sensor unit 40 detects the state of the battery cell 11 and outputs a sensed value. Then, the control unit 39 receives the sensing value from the sensor unit 40, and determines whether the received sensing value exceeds a preset reference value. When it exceeds, the control unit 39 outputs an output blocking signal for blocking the output of the lithium ion battery 10 to the charge/discharge relay unit 20 of the lithium ion battery 10 . In addition, the fire detection sensor module 30 according to the first embodiment may further include a storage unit 34 and a communication unit 35 .

통신부(35)는 제어부(39)의 제어에 따라 배터리 관리 시스템(50) 또는 상위 제어기(60)와 통신을 수행한다. 통신부(35)는 제어부(39)의 제어에 따라 센싱값을 배터리 관리 시스템(50) 또는 상위 제어기(60)로 전송한다. 통신부(35)는 제어부(39)의 제어에 따라 충방전 릴레이부(20)로 출력 차단 신호를 전송한다. 통신부(35)는 제어부(39)의 제어에 따라 출력 차단 신호를 배터리 관리 시스템(50) 또는 상위 제어기(60)로 전송한다.The communication unit 35 communicates with the battery management system 50 or the upper controller 60 under the control of the control unit 39 . The communication unit 35 transmits the sensed value to the battery management system 50 or the upper controller 60 under the control of the control unit 39 . The communication unit 35 transmits an output blocking signal to the charge/discharge relay unit 20 under the control of the control unit 39 . The communication unit 35 transmits the output cutoff signal to the battery management system 50 or the upper controller 60 under the control of the control unit 39 .

이러한 통신부(35)는 유선 통신부와 무선 통신부를 구비하는 유무선 통신부를 포함한다. 예컨대 유선 통신부를 통하여 배터리 관리 시스템(50)과 충방전 릴레이부(20)에 연결될 수 있다. 무선 통신부를 통하여 상위 제어기(60)에 연결될 수 있다. 유선 통신부는 CAN, RS485 등의 통신방식을 사용할 수 있다. 무선 통신부는 블루투스(Bluetooth), 저전력 블루투스(Bluetooth Low Energy; BLE), 지그비(Zig bee), 와이파이(WiFi), LTE, 5G NR 등의 통신방식을 사용할 수 있다. 통신부(35)는 충방전 릴레이부(20)로 직접 출력 차단 신호를 전달하는 출력 단자를 포함한다.The communication unit 35 includes a wired/wireless communication unit including a wired communication unit and a wireless communication unit. For example, it may be connected to the battery management system 50 and the charge/discharge relay unit 20 through a wired communication unit. It may be connected to the host controller 60 through a wireless communication unit. The wired communication unit may use a communication method such as CAN or RS485. The wireless communication unit may use communication methods such as Bluetooth, Bluetooth Low Energy (BLE), Zig bee, WiFi, LTE, and 5G NR. The communication unit 35 includes an output terminal that directly transmits an output blocking signal to the charge/discharge relay unit 20 .

저장부(34)는 화재감지 센서모듈(30)의 동작 제어시 필요한 프로그램과, 그 프로그램 수행 중에 발생되는 정보를 저장한다. 저장부(34)는 리튬이온 배터리(10)의 화재감지에 필요한 실행프로그램을 저장한다. 즉 실행프로그램은 센서부(40)로부터 수신한 센싱값이 기 설정된 기준값을 초과하는 지의 여부를 판단하고, 초과하는 경우 리튬이온 배터리(10)의 출력을 차단하는 출력 차단 신호를 충방전 릴레이부(20)로 출력한다.The storage unit 34 stores a program necessary for controlling the operation of the fire detection sensor module 30 and information generated during the execution of the program. The storage unit 34 stores an execution program required for fire detection of the lithium ion battery 10 . That is, the execution program determines whether the sensed value received from the sensor unit 40 exceeds a preset reference value, and when it exceeds the output cutoff signal for blocking the output of the lithium-ion battery 10, the charging/discharging relay unit ( 20) is output.

저장부(34)는 센서부(40)의 센싱값을 저장한다. 센서부(40)의 센싱값과 대비할 수 있는 기준값을 저장한다.The storage unit 34 stores the value sensed by the sensor unit 40 . A reference value that can be compared with the sensing value of the sensor unit 40 is stored.

그리고 센서부(40)는 변위 센서(41), 온도 센서(43), 가스 센서(45) 및 습도 센서(47)를 포함한다. 변위 센서(41)는 배터리 셀(11)의 변위를 감지하여 제어부(39)로 출력한다. 온도 센서(43)는 배터리 셀(11)의 온도를 감지하여 제어부(39)로 출력한다. 가스 센서(45)는 배터리 셀(11)에서 방출되는 가스량을 감지하여 제어부(39)로 출력한다. 습도 센서(47)는 배터리 셀(11) 주위의 습도를 감지하여 제어부(39)로 출력한다.And the sensor unit 40 includes a displacement sensor 41 , a temperature sensor 43 , a gas sensor 45 , and a humidity sensor 47 . The displacement sensor 41 detects the displacement of the battery cell 11 and outputs it to the controller 39 . The temperature sensor 43 senses the temperature of the battery cell 11 and outputs it to the controller 39 . The gas sensor 45 detects the amount of gas emitted from the battery cell 11 and outputs it to the controller 39 . The humidity sensor 47 detects the humidity around the battery cell 11 and outputs it to the controller 39 .

변위 센서(41)는 배터리 셀(11)의 변위를 감지한다. 즉 배터리 셀(11)이 충방전을 하게 되면, 충방전 전류 용량에 따라 배터리 셀(11)도 미세하지만 수축과 팽창이 발생하게 된다. 대부분 정격용량 이내에서 충방전이 이루어지기 때문에, 배터리 셀(11)의 물리적인 변화는 거의 없거나 미미하다. 하지만 순간적으로 큰 전류를 충전하거나 방전하게 되면, 배터리 셀(11)에 큰 변위가 발생할 수 있다. 변위 센서(41)는 이러한 배터리 셀(11)의 변위를 센싱하여 제어부(39)로 출력한다. 제어부(39)는 수신한 변위값이 기준값을 초과하면 출력 차단 신호를 충방전 릴레이부(20)로 출력한다. 또한 제어부(39)는 기준값을 초과한 변위의 발생 횟수를 카운트하고, 카운트 횟수가 기준 횟수에 도달하면 배터리 관리 시스템(50) 또는 상위 제어기(60)로 배터리의 상태 점검 또는 교체를 경고하는 경고 신호를 출력할 수 있다.The displacement sensor 41 detects the displacement of the battery cell 11 . That is, when the battery cell 11 is charged and discharged, the battery cell 11 is also minutely contracted and expanded according to the charge/discharge current capacity. Since most charging and discharging are performed within the rated capacity, there is little or no physical change in the battery cell 11 . However, when a large current is instantaneously charged or discharged, a large displacement may occur in the battery cell 11 . The displacement sensor 41 senses the displacement of the battery cell 11 and outputs it to the controller 39 . When the received displacement value exceeds the reference value, the control unit 39 outputs an output blocking signal to the charge/discharge relay unit 20 . In addition, the control unit 39 counts the number of occurrences of the displacement exceeding the reference value, and when the count number reaches the reference number, a warning signal to warn the battery management system 50 or the upper controller 60 to check or replace the state of the battery can be printed out.

이러한 변위 센서(41)로는 스트레인게이지 및 가속도 센서 중에 적어도 하나가 사용될 수 있다.At least one of a strain gauge and an acceleration sensor may be used as the displacement sensor 41 .

가스 센서(45)는 배터리 셀(11)에서 방출되는 가스량을 감지한다. 가스 세서는 CO2 또는 CO 가스의 농도를 가스량으로 감지하여 출력한다. 즉 리튬이온 배터리(10)에 포함되는 리튬이온 이차전지 셀은 양극 활물질을 구비하는 양극, 음극 활물질을 구비하는 음극, 전해액, 분리막 등의 화학적인 물질들을 포함한다. 리튬이온 이차전지 셀이 방전될 때는 음극에서 산화되어 전자를 내주고, 양극에서는 전자를 받아들여 환원되는 작용을 하고 충전은 이와 반대로 반응이 일어난다.The gas sensor 45 detects the amount of gas emitted from the battery cell 11 . The gas sensor detects the concentration of CO 2 or CO gas as a gas amount and outputs it. That is, the lithium ion secondary battery cell included in the lithium ion battery 10 includes chemical substances such as a positive electrode including a positive electrode active material, a negative electrode including a negative electrode active material, an electrolyte, and a separator. When a lithium ion secondary battery cell is discharged, it is oxidized at the negative electrode to give out electrons, and the positive electrode receives electrons to reduce it, and the opposite reaction occurs during charging.

이때 전자가 음극 또는 양극으로 잘 이동할 수 있게 하는 통로가 전해액이다. 예컨대 전해액은 리튬염을 유기용매에 용해시킨 용액으로 EC(Ethylene carbonate)가 이용될 수 있다.At this time, the path that allows electrons to move well to the cathode or anode is the electrolyte. For example, the electrolyte is a solution in which lithium salt is dissolved in an organic solvent, and ethylene carbonate (EC) may be used.

리튬이온 이차전지 셀이 큰 전류로 충방전을 하게 되면 내부적으로 많은 화학 반응이 일어나면서, 내부에서 발열과 가스 등이 발생하게 된다. 가스가 임계점 이상 발생하게 되면, 리튬이온 이차전지 셀에서 외부로 누출이 되고, 누출된 가스는 배터리 셀(11)을 통해서 리튬이온 배터리(10) 밖으로 누출될 수 있다. 이때 누출되는 가스는 탄소계열의 가스, 예컨대 CO2 또는 CO 가스가 발생하기 때문에, 배터리 셀(11) 주변의 CO2 또는 CO 가스의 농도가 변하게 된다. 가스 센서(45)는 이러한 CO2 또는 CO 가스의 농도를 검출함으로써, 배터리 셀(11)의 이상 여부를 확인할 수 있다. 제어부(39)는 가스 센서로부터(45)로부터 수신한 센싱값으로부터 배터리 셀(11)에 이상이 있다고 판단한 경우, 리튬이온 배터리(10)의 출력 차단을 통해 리튬이온 배터리(10)의 폭발 및 화재를 예방할 수 있다.When a lithium ion secondary battery cell is charged and discharged with a large current, many chemical reactions occur internally, and heat and gas are generated inside. When the gas is generated above the critical point, the lithium ion secondary battery cell may leak to the outside, and the leaked gas may leak out of the lithium ion battery 10 through the battery cell 11 . The gas leakage is because a carbon-based gas, for example CO 2 or CO gas is generated, the concentration of the battery cell 11 of the surrounding CO 2 or CO gas is changed. The gas sensor 45 may determine whether the battery cell 11 is abnormal by detecting the concentration of the CO 2 or CO gas. When the control unit 39 determines that there is an abnormality in the battery cell 11 from the sensed value received from the gas sensor 45 , the lithium ion battery 10 explodes and fires by blocking the output of the lithium ion battery 10 . can prevent

온도 센서(43) 및 습도 센서(47)는 배터리 셀(11)의 온도 및 습도를 감지하여 제어부(39)로 출력한다. 제어부(39)는 온도 및 습도를 함께 고려하여 리튬이온 배터리(10)의 폭발 및 화재를 예방할 수 있다.The temperature sensor 43 and the humidity sensor 47 sense the temperature and humidity of the battery cell 11 and output them to the controller 39 . The control unit 39 may prevent explosion and fire of the lithium ion battery 10 in consideration of temperature and humidity.

그리고 제어부(39)는 화재감지 센서모듈(30)의 전반적인 제어 동작을 수행하는 마이크로프로세서(microprocessor)이다. 제어부(39)는 센서부(40)의 센싱값을 기초로 하여 리튬이온 배터리(10)의 폭발 및 화재 예방을 수행한다. 즉 제어부(39)는 센서부(40)로부터 수신한 변위, 온도, 가스량 및 습도를 포함하는 센싱값을 이용하여 출력 차단 신호의 출력 여부를 결정한다.And the control unit 39 is a microprocessor (microprocessor) that performs the overall control operation of the fire detection sensor module (30). The control unit 39 performs explosion and fire prevention of the lithium ion battery 10 based on the sensing value of the sensor unit 40 . That is, the control unit 39 determines whether to output the output blocking signal by using the sensing values including the displacement, temperature, gas amount, and humidity received from the sensor unit 40 .

제어부(39)는 센싱값 또는 출력 차단 신호를 배터리 관리 시스템(50) 또는 상위 제어기(60)로 전송할 수 있다.The controller 39 may transmit the sensed value or the output cutoff signal to the battery management system 50 or the upper controller 60 .

이러한 제1 실시예에 따른 화재감지 센서모듈(30)은 도 3 및 도 4와 같이 구현될 수 있다. 도 3은 도 1의 화재감지 센서모듈(30)의 하부면을 보여주는 평면도이다. 그리고 도 4는 도 3의 화재감지 센서모듈(30)의 상부면을 보여주는 평면도이다.The fire detection sensor module 30 according to this first embodiment may be implemented as shown in FIGS. 3 and 4 . 3 is a plan view showing a lower surface of the fire detection sensor module 30 of FIG. 1 . And FIG. 4 is a plan view showing an upper surface of the fire detection sensor module 30 of FIG. 3 .

제1 실시예에 따른 화재감지 센서모듈(30)은 인쇄회로기판(31)을 더 포함할 수 있다. 인쇄회로기판(31)은 배터리 셀(11)의 외측면에 접촉되게 설치되는 하부면(32)과, 하부면(32)에 반대되는 상부면(33)을 구비한다.The fire detection sensor module 30 according to the first embodiment may further include a printed circuit board 31 . The printed circuit board 31 has a lower surface 32 installed to be in contact with the outer surface of the battery cell 11 , and an upper surface 33 opposite to the lower surface 32 .

인쇄회로기판(31)의 하부면(32)에 변위 센서(41)가 배터리 셀(11)의 외측면에 접촉될 수 있도록 실장된다.The displacement sensor 41 is mounted on the lower surface 32 of the printed circuit board 31 so as to be in contact with the outer surface of the battery cell 11 .

인쇄회로기판(31)의 상부면(33)에 통신부(35), 제어부(39), 온도 센서(43), 가스 센서(45) 및 습도 센서(47)가 배치된다. 통신부(35)는 출력 단자(36)와 유무선 통신부(37)를 포함한다.A communication unit 35 , a control unit 39 , a temperature sensor 43 , a gas sensor 45 , and a humidity sensor 47 are disposed on the upper surface 33 of the printed circuit board 31 . The communication unit 35 includes an output terminal 36 and a wired/wireless communication unit 37 .

인쇄회로기판(30)의 상부면(33)에는 센서부(40)에서 센싱값을 필터링 및 증폭하여 제어부(39)로 전달하는 신호 필터 및 증폭부(49)가 더 설치될 수 있다. 신호 필터 및 증폭부(49)는 센서부(40)와 제어부(39) 사이에 설치될 수 있다.A signal filter and amplification unit 49 may be further installed on the upper surface 33 of the printed circuit board 30 , which filters and amplifies the values sensed by the sensor unit 40 and transmits them to the control unit 39 . The signal filter and amplification unit 49 may be installed between the sensor unit 40 and the control unit 39 .

이러한 제1 실시예에 따른 화재감지 센서모듈(30)이 배터리 셀(11)에 설치된 상태를 도 5 및 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 화재감지 센서모듈(30)이 배터리 셀(11)에 설치된 상태를 보여주는 정면도이다. 그리고 도 6은 도 5의 측면도이다.A state in which the fire detection sensor module 30 according to the first embodiment is installed in the battery cell 11 will be described with reference to FIGS. 5 and 6 . 5 is a front view showing a state in which the fire detection sensor module 30 according to the first embodiment of the present invention is installed in the battery cell 11 . and FIG. 6 is a side view of FIG. 5 .

화재감지 센서모듈(30)은 배터리 셀(11)의 외측면에 설치되며, 변위 센서(41)가 배터리 셀(11)의 외측면에 접촉되게 설치된다. 즉 인쇄회로기판(31)의 하부면(32)이 배터리 셀(11)의 외측면을 향하게 배치하고, 인쇄회로기판(31)의 하부면(32)에 설치된 변위 센서(41)가 배터리 셀(11)의 외측면에 접촉되게 설치된다.The fire detection sensor module 30 is installed on the outer surface of the battery cell 11 , and the displacement sensor 41 is installed in contact with the outer surface of the battery cell 11 . That is, the lower surface 32 of the printed circuit board 31 is disposed to face the outer surface of the battery cell 11, and the displacement sensor 41 installed on the lower surface 32 of the printed circuit board 31 is the battery cell ( 11) is installed in contact with the outer surface.

이로 인해 변위 센서(41)는 배터리 셀(11)의 변위를 감지하여 제어부로 출력할 수 있다.Accordingly, the displacement sensor 41 may detect the displacement of the battery cell 11 and output it to the controller.

이와 같은 제1 실시예에 따른 화재감지 센서모듈(30)이 리튬이온 배터리(10)에 설치된 상태를 도 5 내지 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 7은 리튬이온 배터리(10)에 본 발명의 제1 실시예에 따른 화재감지 센서모듈(30)이 설치된 상태를 보여주는 도면이다.A state in which the fire detection sensor module 30 according to the first embodiment is installed in the lithium ion battery 10 will be described with reference to FIGS. 5 to 7 as follows. Here, FIG. 7 is a view showing a state in which the fire detection sensor module 30 according to the first embodiment of the present invention is installed in the lithium ion battery 10 .

전술된 바와 같이 리튬이온 배터리(10)는 복수의 배터리 셀(11)이 적층된 구조를 갖는다. 따라서 복수의 배터리 셀(11)에 각각, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 화재감지 센서모듈(30)이 설치된다. 화재감지 센서모듈(30)이 설치된 배터리 셀(11)이 적층되어 리튬이온 배터리(10)를 구성하게 된다.As described above, the lithium ion battery 10 has a structure in which a plurality of battery cells 11 are stacked. Accordingly, as shown in FIGS. 5 and 6 , respectively, the fire detection sensor module 30 is installed in the plurality of battery cells 11 . The battery cells 11 in which the fire detection sensor module 30 is installed are stacked to constitute the lithium ion battery 10 .

그리고 복수의 배터리 셀(11)에 각각 설치된 화재감지 센서모듈(30)은 BMS용 인쇄회로기판(51)에 전기적으로 연결된다.And the fire detection sensor module 30 installed in each of the plurality of battery cells 11 is electrically connected to the printed circuit board 51 for BMS.

이와 같이 화재감지 센서모듈(30)은 리튬이온 배터리(10)의 복수의 배터리 셀(11)에 각각 설치되기 때문에, 배터리 셀 별로 이상 여부를 모니터링하고, 모니터링 결과에 따라서 리튬이온 배터리(10)의 출력을 신속히 차단할 수 있다. 이를 통하여 리튬이온 배터리에서 발생될 수 있는 화재 또는 폭발을 미연에 방지할 수 있다.As described above, since the fire detection sensor module 30 is installed in each of the plurality of battery cells 11 of the lithium ion battery 10, it monitors whether there is an abnormality for each battery cell, and according to the monitoring result, the The output can be shut off quickly. In this way, it is possible to prevent fire or explosion that may occur in the lithium-ion battery in advance.

[제2 실시예][Second embodiment]

한편 제1 실시예에서는 화재감지 센서모듈(30)이 출력 차단 신호를 충방전 릴레이부(20)로 직접 출력하는 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 도 8에 도시된 바와 같이, 화재감지 센서모듈(30)에서 출력된 출력 차단 신호는 배터리 관리 시스템(50)을 통하여 충방전 릴레이부(20)로 전달될 수 있다.Meanwhile, in the first embodiment, although an example in which the fire detection sensor module 30 directly outputs an output blocking signal to the charge/discharge relay unit 20 is disclosed, the present invention is not limited thereto. For example, as shown in FIG. 8 , the output cutoff signal output from the fire detection sensor module 30 may be transmitted to the charge/discharge relay unit 20 through the battery management system 50 .

도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 리튬이온 배터리(10)용 화재감지 센서모듈(30)을 포함하는 화재감지 시스템(200)을 보여주는 블록도이다.8 is a block diagram showing a fire detection system 200 including a fire detection sensor module 30 for a lithium ion battery 10 according to a second embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 제2 실시예에 따른 화재감지 시스템(200)은 리튬이온 배터리(10)의 화재 또는 폭발 여부를 미리 감지하여 리튬이온 배터리(10)의 출력을 차단하는 시스템이다. 이러한 화재감지 시스템은 리튬이온 배터리(10), 충방전 릴레이부(20), 복수의 화재감지 센서모듈(30) 및 배터리 관리 시스템(50)을 포함한다. 리튬이온 배터리(10)는 복수의 배터리 셀(11)을 구비한다. 충방전 릴레이부(20)는 리튬이온 배터리(10)에 대한 충방전을 온/오프하거나 리튬이온 배터리(10)의 출력을 차단한다. 복수의 화재감지 센서모듈(30)은 리튬이온 배터리(10)의 복수의 배터리 셀(11)에 각각 설치되어 복수의 배터리 셀(11)의 상태에 대한 모니터링을 수행한다. 복수의 화재감지 센서모듈(30)은 각각 모니터링 중 리튬이온 배터리(10)의 화재 또는 폭발 여부를 미리 감지하면, 출력 차단 신호를 배터리 관리 시스템(50)에 전송한다. 그리고 배터리 관리 시스템(50)은 출력 차단 신호를 충방전 릴레이부(20)에 전달하여 리튬이온 배터리(10)의 출력을 차단한다.Referring to FIG. 8 , the fire detection system 200 according to the second embodiment is a system for blocking the output of the lithium ion battery 10 by detecting in advance whether the lithium ion battery 10 is fire or exploded. The fire detection system includes a lithium ion battery 10 , a charge/discharge relay unit 20 , a plurality of fire detection sensor modules 30 , and a battery management system 50 . The lithium ion battery 10 includes a plurality of battery cells 11 . The charge/discharge relay unit 20 turns on/off the charge/discharge for the lithium ion battery 10 or blocks the output of the lithium ion battery 10 . The plurality of fire detection sensor modules 30 are respectively installed in the plurality of battery cells 11 of the lithium ion battery 10 to monitor the states of the plurality of battery cells 11 . When the plurality of fire detection sensor modules 30 detect in advance whether the lithium ion battery 10 is fire or exploded during monitoring, respectively, it transmits an output cut-off signal to the battery management system 50 . And the battery management system 50 cuts off the output of the lithium ion battery 10 by transmitting the output cutoff signal to the charge/discharge relay unit 20 .

전술된 바와 같이 제1 실시예에 따른 화재감지 시스템(도 1의 100)은 화재감지 센서모듈(30)이 충방전 릴레이부(20)로 직접 출력 감지 신호를 전송한다.As described above, in the fire detection system ( 100 in FIG. 1 ) according to the first embodiment, the fire detection sensor module 30 directly transmits an output detection signal to the charge/discharge relay unit 20 .

하지만 제2 실시예에 따른 화재감지 시스템(200)은 화재감지 센서모듈(30)이 출력 감지 신호를 배터리 관리 시스템(50)으로 전송하고, 배터리 관리 시스템(50)이 충방전 릴레이부(20)로 출력 차단 신호를 전달한다는 점에서 제1 실시예에 따른 화재감지 시스템(100)과 비교하여 차이가 있다.However, in the fire detection system 200 according to the second embodiment, the fire detection sensor module 30 transmits an output detection signal to the battery management system 50 , and the battery management system 50 uses the charge/discharge relay unit 20 . There is a difference compared to the fire detection system 100 according to the first embodiment in that it transmits an output blocking signal.

그 외 제2 실시예에 따른 화재감지 시스템(200)은 제1 실시예 따른 화재감지 시스템(100)과 동일한 구성을 갖기 때문에, 중복되는 구성에 대한 설명은 생략한다.Other than that, since the fire detection system 200 according to the second embodiment has the same configuration as the fire detection system 100 according to the first embodiment, a description of the overlapping configuration will be omitted.

이와 같이 제2 실시예에 따르면, 화재감지 센서모듈(30)은 배터리 셀(11)마다 다양한 관점에서 배터리 셀(11)의 상태를 감지하여 모니터링 하고, 각각의 센싱값에 따른 기준값을 적용하여 기준값을 넘어가면 리튬이온 배터리(10)의 출력을 차단함으로써, 리튬이온 배터리(10)의 화재 또는 폭발을 미연에 방지할 수 있다. 즉 제2 실시예에 따른 화재감지 시스템(200) 또한 제1 실시예에 따른 화재감지 시스템(100)과 동일한 효과를 기대할 수 있다.As described above, according to the second embodiment, the fire detection sensor module 30 detects and monitors the state of the battery cell 11 from various viewpoints for each battery cell 11, and applies a reference value according to each sensing value to the reference value. By cutting off the output of the lithium ion battery 10 when it exceeds, it is possible to prevent fire or explosion of the lithium ion battery 10 in advance. That is, the fire detection system 200 according to the second embodiment can also expect the same effect as the fire detection system 100 according to the first embodiment.

한편 제1 실시예에서는 화재감지 센서모듈(30)이 출력 차단 신호를 충방전 릴레이부(20)로 직접 출력하는 예를 개시하였다. 제2 실시예에서는 화재감지 센서모듈(30)에서 출력된 출력 차단 신호가 배터리 관리 시스템(50)을 통하여 충방전 릴레이부(20)로 전달되는 예를 개시하였다.Meanwhile, in the first embodiment, an example in which the fire detection sensor module 30 directly outputs an output blocking signal to the charge/discharge relay unit 20 has been disclosed. In the second embodiment, an example in which the output cutoff signal output from the fire detection sensor module 30 is transmitted to the charge/discharge relay unit 20 through the battery management system 50 has been disclosed.

그 외 화재감지 센서모듈(30)에서 출력된 출력 차단 신호는 상위 제어기(60)로 전달된다. 그리고 상위 제어기(60)가 배터리 관리 시스템(50)을 통하여 충방전 릴레이부(20)로 전달할 수 있다.In addition, the output blocking signal output from the fire detection sensor module 30 is transmitted to the upper controller 60 . In addition, the upper controller 60 may transmit it to the charge/discharge relay unit 20 through the battery management system 50 .

그리고 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.In addition, the embodiments disclosed in the present specification and drawings are merely presented as specific examples to aid understanding, and are not intended to limit the scope of the present invention. It is obvious to those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains that other modifications based on the technical spirit of the present invention can be implemented in addition to the embodiments disclosed herein.

10 : 리튬이온 배터리 11 : 배터리 셀
20 : 충방전 릴레이부 21 : 메인 릴레이
22 : 선충전 릴레이 23 : 저항
24 : 제1 다이오드 25 : 제2 다이오드
26 : 충전 릴레이 27 : 방전 릴레이
30 : 화재감지 센서모듈 31 : 인쇄회로기판
32 : 하부면 33 : 상부면
34 : 저장부 35 : 통신부
36 : 출력 단자 37 : 유무선 통신부
39 : 제어부 40 : 센서부
41 : 변위 센서 43 : 온도 센서
45 : 가스 센서 47 : 습도 센서
49 : 신호 필터 및 증폭부 50 : 배터리 관리 시스템
51 : BMS용 인쇄회로기판 60 : 상위 제어기
100, 200 : 화재감지 시스템10: lithium ion battery 11: battery cell
20: charge/discharge relay unit 21: main relay
22: precharge relay 23: resistance
24: first diode 25: second diode
26: charging relay 27: discharging relay
30: fire detection sensor module 31: printed circuit board
32: lower surface 33: upper surface
34: storage unit 35: communication unit
36: output terminal 37: wired/wireless communication unit
39: control unit 40: sensor unit
41: displacement sensor 43: temperature sensor
45: gas sensor 47: humidity sensor
49: signal filter and amplifier 50: battery management system
51: BMS printed circuit board 60: host controller
100, 200: fire detection system

Claims (8)

리튬이온 배터리에 구비되는 복수의 배터리 셀에 각각 설치되는 리튬이온 배터리용 화재감지 센서모듈로서,
배터리 셀의 상태를 감지하여 센싱값을 출력하는 센서부; 및
상기 센서부로부터 센싱값을 수신하고, 수신한 센싱값이 기 설정된 기준값을 초과하는 지의 여부를 판단하고, 초과하는 경우 상기 리튬이온 배터리의 출력을 차단하는 출력 차단 신호를 상기 리튬이온 배터리의 충방전 릴레이부로 출력하는 제어부;를 포함하고,
상기 센서부는,
상기 배터리 셀의 변위를 감지하여 상기 제어부로 출력하는 변위 센서;
상기 배터리 셀의 온도를 감지하여 상기 제어부로 출력하는 온도 센서,
상기 배터리 셀에서 방출되는 가스량을 감지하여 상기 제어부로 출력하는 가스 센서; 및
상기 배터리 셀 주위의 습도를 감지하여 상기 제어부로 출력하는 습도 센서;를 포함하고,
상기 제어부는 상기 센서부로부터 수신한 변위, 온도, 가스량 및 습도를 포함하는 센싱값을 이용하여 상기 출력 차단 신호의 출력 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 배터리용 화재감지 센서모듈.A fire detection sensor module for a lithium-ion battery that is installed in a plurality of battery cells provided in a lithium-ion battery, respectively,
a sensor unit that detects a state of a battery cell and outputs a sensed value; and
Receives a sensed value from the sensor unit, determines whether the received sensed value exceeds a preset reference value, and generates an output cutoff signal for blocking the output of the lithium-ion battery when it exceeds a charging/discharging of the lithium-ion battery a control unit outputting to the relay unit;
The sensor unit,
a displacement sensor detecting the displacement of the battery cell and outputting it to the controller;
a temperature sensor sensing the temperature of the battery cell and outputting it to the control unit;
a gas sensor for detecting the amount of gas emitted from the battery cell and outputting it to the control unit; and
A humidity sensor that detects the humidity around the battery cell and outputs it to the control unit; includes,
The control unit is a fire detection sensor module for a lithium ion battery, characterized in that for determining whether to output the output blocking signal by using the sensing value including the displacement, temperature, gas amount and humidity received from the sensor unit. 제1항에 있어서,
상기 배터리 셀의 외측면에 접촉되게 설치되는 하부면과, 상기 하부면에 반대되는 상부면을 구비하는 인쇄회로기판;을 더 포함하고,
상기 인쇄회로기판의 하부면에 상기 변위 센서가 상기 배터리 셀의 외측면에 접촉될 수 있도록 실장된 것을 특징으로 하는 리튬이온 배터리용 화재감지 센서모듈.According to claim 1,
Further comprising; a printed circuit board having a lower surface installed in contact with the outer surface of the battery cell, and an upper surface opposite to the lower surface,
A fire detection sensor module for a lithium-ion battery, characterized in that the displacement sensor is mounted on the lower surface of the printed circuit board so as to be in contact with the outer surface of the battery cell. 제2항에 있어서,
상기 인쇄회로기판의 상부면에 상기 제어부, 상기 온도 센서, 상기 가스 센서 및 상기 습도 센서가 배치된 것을 특징으로 하는 리튬이온 배터리용 화재감지 센서모듈.3. The method of claim 2,
The fire detection sensor module for a lithium ion battery, characterized in that the control unit, the temperature sensor, the gas sensor and the humidity sensor are disposed on the upper surface of the printed circuit board. 제1항에 있어서,
상기 인쇄회로기판의 상부면에 배치되며, 배터리 관리 시스템 또는 상위 제어기와 통신을 수행하는 통신부;를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 통신부를 통하여 상기 센싱값을 상기 배터리 관리 시스템 또는 상기 상위 제어기로 전송하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 배터리용 화재감지 센서모듈.According to claim 1,
It is disposed on the upper surface of the printed circuit board, the communication unit for performing communication with the battery management system or the upper controller; further comprising,
The control unit transmits the sensed value to the battery management system or the upper controller through the communication unit. 제1항에 있어서,
상기 인쇄회로기판의 상부면에 배치되며, 배터리 관리 시스템 또는 상위 제어기와 통신을 수행하는 통신부;를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 통신부를 통하여 상기 출력 차단 신호를 상기 배터리 관리 시스템으로 전송하고, 상기 배터리 관리 시스템이 상기 출력 차단 신호를 상기 리튬이온 배터리의 충방전 릴레이부로 출력하도록 하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 배터리용 화재감지 센서모듈.According to claim 1,
It is disposed on the upper surface of the printed circuit board, the communication unit for performing communication with the battery management system or the upper controller; further comprising,
The control unit transmits the output cut-off signal to the battery management system through the communication unit, and the battery management system outputs the output cut-off signal to the charge/discharge relay unit of the lithium-ion battery. Fire detection sensor module. 제1항에 있어서,
상기 변위 센서는 스트레인게이지 및 가속도 센서 중에 적어도 하나를 포함하고,
상기 가스 센서는 CO2 및 CO를 감지하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 배터리용 화재감지 센서모듈.According to claim 1,
The displacement sensor includes at least one of a strain gauge and an acceleration sensor,
The gas sensor is a fire detection sensor module for a lithium-ion battery, characterized in that for detecting CO2 and CO. 복수의 배터리 셀을 구비하는 리튬이온 배터리;
상기 리튬이온 배터리에 대한 충방전을 온/오프하거나 상기 리튬이온 배터리의 출력을 차단하는 충방전 릴레이부; 및
상기 리튬이온 배터리의 복수의 배터리 셀에 각각 설치되어 상기 복수의 배터리 셀의 상태에 대한 모니터링을 수행하고, 모니터링 중 상기 리튬이온 배터리의 화재 또는 폭발 여부를 미리 감지하면, 상기 충방전 릴레이부를 통하여 상기 리튬이온 배터리의 출력을 차단하는 복수의 화재감지 센서모듈;을 포함하고,
상기 복수의 배터리용 화재감지 센서모듈은 각각,
상기 배터리 셀의 상태를 감지하여 센싱값을 출력하는 센서부; 및
상기 센서부로부터 센싱값을 수신하고, 수신한 센싱값이 기 설정된 기준값을 초과하는 지의 여부를 판단하고, 초과하는 경우 상기 리튬이온 배터리의 출력을 차단하는 출력 차단 신호를 상기 충방전 릴레이부로 출력하는 제어부;를 포함하고,
상기 센서부는,
상기 배터리 셀의 변위를 감지하여 상기 제어부로 출력하는 변위 센서;
상기 배터리 셀의 온도를 감지하여 상기 제어부로 출력하는 온도 센서,
상기 배터리 셀에서 방출되는 가스량을 감지하여 상기 제어부로 출력하는 가스 센서; 및
상기 배터리 셀 주위의 습도를 감지하여 상기 제어부로 출력하는 습도 센서;를 포함하고,
상기 제어부는 상기 센서부로부터 수신한 변위, 온도, 가스량 및 습도를 포함하는 센싱값을 이용하여 상기 출력 차단 신호의 출력 여부를 결정하는 것을 특징으로 하는 리튬이온 배터리용 화재감지 시스템.a lithium ion battery having a plurality of battery cells;
a charging/discharging relay unit for turning on/off charging and discharging of the lithium ion battery or blocking an output of the lithium ion battery; and
It is installed in each of the plurality of battery cells of the lithium ion battery to perform monitoring of the state of the plurality of battery cells, and if fire or explosion of the lithium ion battery is detected in advance during monitoring, the charge/discharge relay unit Includes; a plurality of fire detection sensor modules that block the output of the lithium-ion battery;
Each of the plurality of battery fire detection sensor modules,
a sensor unit detecting the state of the battery cell and outputting a sensed value; and
Receives a sensed value from the sensor unit, determines whether the received sensed value exceeds a preset reference value, and outputs an output cutoff signal for blocking the output of the lithium-ion battery to the charging/discharging relay unit if it exceeds control unit; including;
The sensor unit,
a displacement sensor detecting the displacement of the battery cell and outputting it to the controller;
a temperature sensor sensing the temperature of the battery cell and outputting it to the control unit;
a gas sensor for detecting the amount of gas emitted from the battery cell and outputting it to the control unit; and
A humidity sensor that detects the humidity around the battery cell and outputs it to the control unit; includes,
The control unit is a fire detection system for a lithium ion battery, characterized in that for determining whether to output the output cut-off signal by using the sensing value including the displacement, temperature, gas amount and humidity received from the sensor unit. 제7항에 있어서, 상기 화재감지 센서모듈은,
상기 배터리 셀의 외측면에 접촉되게 설치되는 하부면과, 상기 하부면에 반대되는 상부면을 구비하는 인쇄회로기판;을 더 포함하고,
상기 인쇄회로기판의 하부면에 상기 변위 센서가 상기 배터리 셀의 외측면에 접촉되도록 실장된 것을 특징으로 하는 리튬이온 배터리용 화재감지 시스템.The method of claim 7, wherein the fire detection sensor module,
Further comprising; a printed circuit board having a lower surface installed in contact with the outer surface of the battery cell, and an upper surface opposite to the lower surface,
A fire detection system for a lithium ion battery, characterized in that the displacement sensor is mounted on the lower surface of the printed circuit board so as to be in contact with the outer surface of the battery cell.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102348505B1 (en) * 2021-09-24 2022-01-07 주식회사 지이솔루션 A rechargeable battery pack with a set amount of charge
KR102412721B1 (en) * 2022-04-04 2022-06-27 이연호 Fire detection and extinguishing method for Energy Storage System battery pack
KR20230032506A (en) 2021-08-31 2023-03-07 윤영우 Battery structure for electric vehicle
KR20230077002A (en) * 2021-11-24 2023-06-01 주식회사 광일고무 the electric vehicle battery fire risk sensing and automatic fire extinguishing device
KR20230147831A (en) * 2022-04-15 2023-10-24 태광물산 주식회사 Composite Fire Detection Sensor
KR102634703B1 (en) * 2023-07-24 2024-02-08 (주)빅트론 A pad type sensing device for detecting temperature and gas

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101489837B1 (en) 2012-11-19 2015-02-04 자동차부품연구원 Apparatus for preventing fire in lithium-ion battery and method thereof

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101489837B1 (en) 2012-11-19 2015-02-04 자동차부품연구원 Apparatus for preventing fire in lithium-ion battery and method thereof

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230032506A (en) 2021-08-31 2023-03-07 윤영우 Battery structure for electric vehicle
KR102348505B1 (en) * 2021-09-24 2022-01-07 주식회사 지이솔루션 A rechargeable battery pack with a set amount of charge
KR20230077002A (en) * 2021-11-24 2023-06-01 주식회사 광일고무 the electric vehicle battery fire risk sensing and automatic fire extinguishing device
KR102412721B1 (en) * 2022-04-04 2022-06-27 이연호 Fire detection and extinguishing method for Energy Storage System battery pack
KR20230147831A (en) * 2022-04-15 2023-10-24 태광물산 주식회사 Composite Fire Detection Sensor
KR102634703B1 (en) * 2023-07-24 2024-02-08 (주)빅트론 A pad type sensing device for detecting temperature and gas

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