KR20220024852A - 개별적인 셀들의 열 폭주의 모니터링을 갖는 배터리 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 배터리 모듈 (10) 에 관한 것이다.
Description
본 발명은 배터리 모듈, 특히 배터리 모듈의 적어도 하나의 셀의 열 폭주를 검출하기 위한 센서들을 갖는 리튬-기반 어큐뮬레이터들에 관한 것이다.
리튬-기반 어큐뮬레이터들은, 예를 들어, 그들의 높은 에너지 밀도 때문에 관심이 증가하고 있다. 그러나, 특히 대형 에너지 저장 시스템들에 대해, 예를 들어, 납-황산 어큐뮬레이터와 두 가지 근본적인 차이가 존재한다. 한편으로, 개별적인 셀들은 단순히 임의로 확장될 수 없다. 이는 많은 수의 어큐뮬레이터들이 보다 대형 모듈 내에 규칙적으로 조립된다는 사실로 이어진다. 다른 한편으로, 정확하게 이러한 축전지들에 있어서, 특히, 그것들이 충전 또는 방전 프로세스 동안 과열되고 따라서 화학 반응들이 시작되고, 무엇보다도, 강한 가스 생성을 발생시킬 때, 열 폭주의 문제를 발생시킨다. 이는 또한 다량의 가스, 종종 위험하거나 가연성 가스를 생산하고, 따라서 부피가 극적으로 증가하기 때문에, 이는, 예를 들어, 항공기에서의 어큐뮬레이터들에서 보여진 바와 같이, 특히 임계 또는 폐쇄 환경에서 상당한 위험을 의미한다.
US 2014/0 308 550 A1 은 다수의 2차 셀들을 갖는 배터리 모듈을 개시한다.
JP 2007 027 011 A 는 하우징에 배터리를 갖는 전원 공급 디바이스를 개시한다.
전기화학적 어큐뮬레이터 및 전기화학적 어큐뮬레이터를 갖는 차량은 DE 10 2008 013 188 A1 으로부터 공지되어 있다.
센서 디바이스를 갖는 배터리 시스템은 DE 10 2014 006 807 A1 에 공지되어 있다.
고체-상태 어큐뮬레이터는 JP 02 174 077 A 로부터 공지되어 있다.
배터리 모듈 및 배터리 모듈을 갖는 차량은 DE 10 2017 214 289 A1 으로부터 공지되어 있다.
본 발명의 목적은 열 폭주의 경우에, 이러한 사고를 검출하는 배터리 모듈을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 제 1 항에 기재된 특징들을 갖는 배터리 모듈에 의해 달성된다. 유리한 추가의 개선예들은 종속항, 다음의 설명 및 도면들으로부터 기인한다.
본 발명에 따른 상기 배터리 모듈은 적어도 제 1 어큐뮬레이터 및 제 2 어큐뮬레이터를 갖는다. 모든 어큐뮬레이터들은 적어도 2개의 전기 접촉부들을 갖는다. 또한, 모든 어큐뮬레이터들은 파열 멤브레인을 갖는다. 모든 파열 멤브레인들은 동일한 방향으로 배열된다. 그 결과로서, 전기 에너지는 하나의 측에 중앙에서 소산될 수 있다.
모든 어큐뮬레이터들은 모듈 하우징에 배열된다. 적어도 제 1 센서는 작용 방향으로 어큐뮬레이터들의 파열 멤브레인의 하류에 배열된다. 제 1 센서는 압력, 온도 또는 화학 물질을 검출하기 위해 설계된다.
작용 방향에서 하류란, 본 발명의 의미에서, 어큐뮬레이터의 파열 멤브레인의 파열 후에 가스가 탈출하는 영역에 제 1 센서가 배열된다는 것을 의미하는 것으로 이해되어야 하고, 따라서 상기 방향으로 제 1 압력이 배출된다. 따라서, 작용 방향에서의 하류는 어큐뮬레이터의 파열 멤브레인 바로 다음의 영역뿐만 아니라, 적절하다면 탈출 가스가 편향되는 영역도 포함한다.
모듈 하우징에서 모든 어큐뮬레이터들의 배열로 인해 모든 어큐뮬레이터들들은 환경으로부터 보호된다. 어큐뮬레이터들의 열 폭주가 발생하면, 그것은 다량의 고온 가스들을 생성하고, 이는 직접 접촉으로 이웃한 어큐뮬레이터들로 쉽게 안내될 수 있어, 또한 위험한 상황으로 만들고 열 폭주 자체를 경험하게 만든다. 그러나, 어큐뮬레이터들은 모듈 하우징 내에서 보호되기 때문에, 단일 어큐뮬레이터 폭주가 또한 비인접한 어큐뮬레이터들을 위험한 상황으로 만들 수 없다. 그러나, 간단하고 완전한 설치는 그 결과로 발생한 압력을 소산시킬 수 없다는 것을 의미할 것이다. 이때 단일 어큐뮬레이터가 열 폭주를 경험하면, 어큐뮬레이터 내측에 압력이 생성되어, 파열 멤브레인이 파열되게 한다.
모듈 하우징은 적어도 제 1 가스 채널을 가지며, 제 1 가스 채널은 작용 방향으로 어큐뮬레이터들의 파열 멤브레인의 하류에 배열된다. 제 1 가스 채널은 제 1 가스 채널을 이용하여, 그 결과로 발생한 가스들을 지향시키고 다른 어큐뮬레이터들로부터 멀리 그것들을 캐리하는 것이 가능하고, 따라서 다른 어큐뮬레이터들 상의 열 부하 또는 가스들과 영향을 받지 않은 어큐뮬레이터들 사이의 화학 반응을 회피하는 것이 가능하다는 장점을 갖는다. 특히 바람직하게는, 가스 채널은 유출구를 갖는다. 바람직하게는, 가스 채널의 이러한 유출구는 모듈 하우징의 상단에 배열된다.
본 발명에 따르면, 제 1 센서 및 제 2 센서는 제 1 가스 채널에 배열되고, 제 2 센서는 압력, 온도 또는 화학 물질을 검출하기 위해 설계된다. 실시예의 장점은, 단일한 제 1 센서가 충분하고, 이러한 제 1 가스 채널 상에 배열된 모든 어큐뮬레이터들의 열 폭주가 단지 하나의 제 1 센서에 의해 검출가능하다는 것이다. 이를 위해, 제 1 센서 또는 제 2 센서는 제 1 가스 채널의 유출구에 배열되는 것이 바람직하다. 어큐뮬레이터까지의 거리는 최대 측정값, 예를 들어 최대 압력 또는 최대 온도, 및/또는 상승의 슬로프, 예를 들어 압력 또는 온도의 슬로프로부터 도출될 수 있고, 따라서 열 폭주가 발생한 어큐뮬레이터가 결정될 수 있다.
본 발명에 따르면, 제 1 센서 및 제 2 센서는 제 1 가스 채널에 서로 거리를 두어 배열된다. 이는 두 신호들 사이의 시간 차이가 원래의 위치 및 따라서 결함 어큐뮬레이터의 위치를 도출하도록 사용될 수 있기 때문에 더 간단한 평가를 초래한다. 이를 위해, 가능한 실시예에서, 제 1 센서 및 제 2 센서는 제 1 가스 채널의 반대쪽 단부들에 배열될 수 있다. 이를 위해, 제 1 센서 및 제 2 센서는 바람직하게 유사하게 구성되고, 그것들은 동일한 변수를 측정한다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 센서들은 온도를 측정할 수 있다.
본 발명의 추가의 실시예에서, 제 1 센서 및 제 2 센서는 중복된다. 이는 제 1 센서가 상호 독립적인 2개의 센서들로 구성되고, 2개의 센서들의 모두는 평가 유닛, 바람직하게는 모듈 배터리 관리 시스템에 독립적으로 연결된다는 것을 의미한다. 마찬가지로, 제 2 센서는 상호 독립적인 2개의 센서로 구성되며, 2개의 센서들의 모두는 바람직하게는 평가 유닛, 바람직하게는 모듈 배터리 관리 시스템에 독립적으로 연결된다.
가스 채널은 그 상부 단부에서 가스 채널 파열 멤브레인을 가질 수 있으며, 이는 가스가 탈출할 때 개방된다. 이러한 가스 채널 파열 멤브레인은 한편으로는 이물질이 가스 채널에 들어갈 수 없고, 다른 한편으로는 가열되고, 탈출하는 가스가 상부 센서의 전방에서 축적되고, 그곳에서의 온도 상승의 검출을 용이하게 한다는 이점을 갖는다.
본 발명의 추가의 실시예에서, 제 1 센서는 제 1 가스 채널의 유출구에 배열된다. 또한 제 1 센서 및 상기 제 2 센서는 상기 제 1 가스 채널의 길이의 적어도 절반만큼 이격된다. 이러한 실시예는, 예를 들어, 이들이 어큐뮬레이터의 낮은 충전 상태로 인해 비교적 극단적이지 않은 경우라도, 사고들을 검출할 수 있다는 점에서 유리하다. 예를 들어, 온도가 검출된다면, 그후, 추가로 어큐뮬레이터로부터 탈출하는 가스는 센서들 중 하나에 도달하기 전에 모듈의 열 용량에 의해 둘러싸는 모듈에 의해 이미 냉각될 수 있어서, 탈출하는 가스가 냉각되어 사고가 센서에 의해 검출되지 않을 수 있다. 따라서, 센서들에 대한 거리가 바람직하게는 가스 채널의 길이의 최대 절반으로 제한되기 때문에, 센서들의 선택된 배열이 유리하다.
실시예의 추가의 개선예에서, 센서들은 온도 센서들이고, 그것들이 가스의 온도 상승 및 모듈에서 온도 상승 양쪽을 검출하는 방식으로 모듈 상에 배열된다. 이를 위해, 센서들은 가스 채널의 모듈-측 벽 상에 배열될 수 있고, 모듈에서의 온도 상승이 검출되는 방식으로 그것에 열적으로 연결되거나 커플링될 수 있다. 이러한 커플링은, 예를 들어, 모듈의 외측으로 모듈에서의 열을 전도하는 열 전도성 포팅 화합물에 모듈을 내장함으로써 달성될 수 있다. 이는, 가스가 탈출할 때 또는 심지어 탈출하기 전 양쪽에서 배터리의 오작동을 검출할 수 있다는 이점을 갖는다. 배터리가 오작동하지만 가스가 탈출하지 않는 경우가 발생할 수 있다. 이러한 오동작으로 인해, 배터리는 강하게 가열되어 주위환경을 가열한다. 이는 각각의 모듈이 모니터링을 위해 개별적인 온도 센서를 요구하지 않고 온도 센서들을 배열함으로써 검출될 것이다. 그러나, 가스의 탈출과 대조적으로, 센서에서의 온도 상승은 약하고 느리지만, 또한 더 긴 지속기간인 반면, 뜨거운 가스들은 급격하고 가파픈 온도의 상승을 야기하고 또한 탈출 후에 동등하게 급격한 감소를 야기한다. 이러한 온도 센서들의 배열로 인해, 복수의 고장 조건들이 단지 몇 개의 센서들로 모니터링될 수 있다.
본 발명의 추가의 실시예에서, 제 1 센서는 수소 및 일산화탄소를 포함하는 그룹으로부터 선택된 화학 물질을 검출하기 위해 설계된다.
본 발명의 추가의 실시형태에서, 모든 어큐뮬레이터는 원통형 설계를 갖는다. 이것은 개별적인 어큐뮬레이터들이 일반적으로 더 큰 부피 변화를 보상할 수 있는 파우치 셀들로서 설계되지 않았다는 것을 의미한다. 이를 위해 원통형 형태의 어큐뮬레이터들은 용이하게 제조될 수 있고 또한 다수개로 연결하여 하나의 모듈을 형성할 수 있다.
본 발명의 추가의 실시예에서, 모든 어큐뮬레이터들은 제 1 실린더 단부 면 상에 적어도 2개의 전기 접촉부를 갖는다. 2개의 전기 접촉부들의 배열로 인해, 제조가 한편으로 단순화되고 완성된 배터리 모듈에서의 접촉이 다른 한편으로 단순화된다.
본 발명의 추가의 실시예에서, 모든 어큐뮬레이터들은 제 2 실린더 단부 면 상에 파열 멤브레인을 갖는다. 이는 원통형 어큐뮬레이터들의 양호한 배열을 허용한다.
본 발명의 추가의 실시형태에서, 모든 어큐뮬레이터들은 서로 평행하게 배열된다.
본 발명의 추가의 실시형태에서, 모든 제 1 실린더 단부 면들은 동일한 방향으로 배열된다.
본 발명의 추가의 실시형태에서, 모듈 하우징은 제 1 모듈 하우징 부품 및 제 2 모듈 하우징 부품을 갖는다. 제 1 모듈 하우징 부품은 플랫형이고 어큐뮬레이터들의 종방향에 수직하게 배열된다. 제 2 모듈 하우징 부품은 또한 플랫형이고 어큐뮬레이터들의 종방향에 수직하게 배열된다. 제 2 모듈 하우징 부품은 제 2 단부 면들의 영역에서 상기 어큐뮬레이터들의 각각의 일부들을 수용하기 위한 제 2 리세스들을 갖고, 각각의 경우에 제 2 모듈 하우징 부품과 제 2 실린더 단부 면들의 파열 멤브레인들 사이에 공동이 배열된다.
공동은 가스-충전, 예를 들어, 그리고 바람직하게는, 특히 공기-충전 또는 차폐 가스-충전, 특히 질소 또는 아르곤으로 충전될 수 있다.
본 발명의 추가의 실시형태에서, 제 3 센서는 공동에 배열된다.
본 발명의 추가의 실시형태에서, 상기 제 3 센서는 공동에 배열된다. 이러한 실시예의 장점은 열 폭주가 어느 어큐뮬레이터에서 관찰되는 지를 정확하게 공지한다는 점이다. 단점은 가스 채널에 위치된 2개의 센서에 부가하여 각각의 어큐뮬레이터에 대해 적어도 별개의 센서가 요구된다는 것이다.
본 발명의 추가의 실시형태에서, 제 1 센서에 부가하여, 제 2 센서가 배열되고, 제 2 센서는 상기 제 1 센서와 상이하고, 제 2 센서는 압력, 온도 또는 화학 물질을 검출하기 위해 설계된다. 물론, 정확성을 증가시키고 오경보의 위험을 감소시키기 위해 추가적인 센서들이 제공될 수 있다.
본 발명의 추가의 실시예에서, 제 1 센서 또는 추가의 센서는 수소 및 일산화탄소를 포함하는 그룹으로부터 선택된 화학 물질을 검출하기 위해 설계된다. 이들은 열 폭주 동안 생성되는 용이하게 검출가능한 가스들이다.
본 발명의 추가의 실시예에서, 제 2 모듈 하우징 부품은 제 2 리세스들의 영역에서 파열 지점들을 갖는다. 바람직하게, 제 2 모듈 하우징 부품은 적어도 제 1 가스 채널을 가지며, 제 1 가스 채널은, 적어도 제 1 어큐뮬레이터의 하류에 배열되는 제 2 모듈 하우징 부품의 파열 지점, 및 제 2 어큐뮬레이터의 하류에 배열되는 제 2 모듈 하우징 부품의 파열 지점을, 공동들의 반대쪽 측에서 연결한다.
가스 채널은 바닥에서 폐쇄되고 상단에서 개방되며, 밸브에 의해 폐쇄되거나 또 다른 폐쇄 멤브레인에 의해 폐쇄될 수 있다. 폐쇄 멤브레인은 그것이 개구를 폐쇄하고, 가스가 탈출할 때 개방되는 방식으로 설계될 수 있다. 예를 들어, 그것은 얇은 접착 필름이다. 가스 채널의 양면 폐쇄는 물기 또는 습기 환경에서 가스 채널에 수분이 축적되는 것을 방지한다.
어큐뮬레이터에 인접한 공동에서 압력이 증가하면, 이러한 압력 증가는 또한 제 2 모듈 하우징 부품의 제 2 리세스의 영역에서 파열 지점을 파열시켜, 그 결과로 발생한 가스들이 외측으로 배출되고, 압력은 추가의 손실을 발생시키지 않고 감소된다.
본 발명의 추가의 실시예에서, 제 1 모듈 하우징 부품은 제 1 단부 면들의 영역에서 각각의 어큐뮬레이터들을 수용하기 위한 제 1 리세스들을 갖고, 제 1 리세스들의 영역에서 제 1 모듈 하우징 부품은 전기 연결부들을 통해 피딩하기 위해 개구들을 갖는다.
본 발명의 추가의 실시예에서, 제 1 모듈 하우징 부품 및 제 2 모듈 하우징 부품은 섬유 보강된 플라스틱, 특히 섬유 보강된 에폭시로 이루어진다. 예를 들어, 플라스틱은 0.03 W/(m·K) 초과, 바람직하게는 0.2 W/(m·K) 초과, 더욱 바람직하게는 0.5 W/(m·K) 초과, 특히 바람직하게는 0.8 W/(m·K) 초과의 열 전도도를 갖는다. 임의로 높은 열 전도도가 바람직할 지라도, 플라스틱은 현실적으로 20 W/(m·K) 미만, 더 가능하게는 5 W/(m·K) 미만, 심지어 더 가능하게는 2 W/(m·K) 미만의 열 전도도를 갖는다. 특히, 열전도도는 ISO 8894-1 에 따라 결정된다.
본 발명의 추가의 실시예에서, 제 1 모듈 하우징 부품, 제 2 모듈 하우징 부품과 어큐뮬레이터 사이에 포팅 화합물이 배열된다.
본 발명의 추가의 실시예에서, 상기 배터리 모듈은 20 내지 500개, 바람직하게는 50 내지 200개의 어큐뮬레이터들을 갖는다.
본 발명의 추가의 실시예에서, 어큐뮬레이터들의 전기 접촉부들은 제 1 모듈 하우징 부품에서 제 1 리세스들의 개구들을 통해 배터리 모듈로부터 돌출한다.
본 발명의 추가의 대안적인 실시예에서, 전기 접촉부들은 제 1 모듈 하우징 부품에 위치된 버스 바아에 의해 전기적으로 연결되고, 따라서 전력은 배터리 모듈로부터 안내된다. 이를 위해, 제 1 모듈 하우징 부품은, 예를 들어, 2개의 극들과 접촉하도록 적어도 제 1 버스 바아 및 적어도 제 2 버스 바아를 갖는다. 이는 병렬 전기 연결부에 상응한다. 대안적으로, 어큐뮬레이터들은 또한 더 높은 출력 전압을 달성하도록 직렬로 연결될 수 있다. 단점은 여기서 어큐뮬레이터의 고장이 전기적 기능성을 방해할 것이라는 점이다. 직렬 연결과 병렬 연결의 조합이 존재할 수도 있다.
본 발명의 추가의 실시예에서, 제 1 모듈 하우징 부품 및 제 2 모듈 하우징 부품은 섬유 보강된 플라스틱, 특히 섬유 보강된 에폭시, 특히 유리 섬유 보강된 에폭시로 이루어진다.
본 발명의 추가의 실시예에서, 적어도 제 1 배터리 모듈 및 제 2 배터리 모듈을 갖는 배터리 스트링에 관한 것이다. 특히 바람직하게는, 제 1 배터리 모듈 및 제 2 배터리 모듈은 본 발명에 따른 배터리 모듈이다. 제 1 배터리 모듈은 제 1 모듈 배터리 관리 시스템을 갖고, 제 2 배터리 모듈은 제 2 모듈 배터리 관리 시스템을 갖는다. 배터리 스트링은 스트링 배터리 관리 시스템을 갖는다. 제 1 모듈 배터리 관리 시스템은 제 1 배터리 모듈의 제 1 센서 및 제 2 센서를 판독한다. 판독은 바람직하게 연속적으로 실행되어 센서의 현재 값이 검출될 뿐만 아니라, 변화, 특히 측정값의 안정성이 시간 프로파일로부터 평가될 수 있다. 슬로프, 즉 시간에 대한 도함수는 고온 가스의 도달과 같은 고속 러닝 프로세스의 중요한 표시이다. 제 2 모듈 배터리 관리 시스템은 제 2 배터리 모듈의 제 1 센서 및 제 2 센서를 또한 바람직하게 연속적으로 판독한다. 제 1 모듈 배터리 관리 시스템 및 제 2 모듈 배터리 관리 시스템은 사고가 적어도 하나의 센서에 의해 검출되는 경우에 사고를 스트링 배터리 관리 시스템에 보고하도록 설계되고, 스트링 배터리 관리 시스템은 배터리 모듈에서의 사고의 경우에 네트워크로부터 상기 배터리 스트링을 연결해제하도록 설계된다. 이러한 문맥에서, 연결해제는 배터리 모듈로부터 네트워크로 에너지가 전달되지 않는다는 것을 의미한다.
특히 잠수함의 적용예에서, 어큐뮬레이터들은 전기 네트워크를 위한 고전압을 달성하도록 배터리 모듈에서 직렬로 연결된다. 바람직하게는, 배터리 모듈들은 배터리 스트링에서 직렬 연결된다. 그 결과로서, 단일 어큐뮬레이터의 파괴는 배터리 스트링의 완전한 분리가 전체 에너지 저장부의 보호 및 잠수함의 안전에 대해 유리하다는 사실로 이어진다.
추가의 양태에서, 본 발명은 에너지 저장 디바이스에 관한 것이다. 에너지 저장 디바이스는 적어도 하나의 컨슈머로 전기 에너지를 전달하기 위한 부하 출력을 갖는다. 예를 들어, 이는 다양한 어큐뮬레이터들로부터 전기 에너지를 수집하고 그것을 예를 들어 잠수함의 온-보드 전기 시스템으로 전달하는 버스 바아이다. 에너지 저장 디바이스는 본 발명에 따른 적어도 제 1 배터리 모듈을 구비한다. 바람직하게는, 복수의 모듈들은 스트링들로 그룹화되어 배열된다. 보다 바람직하게는, 복수의 스트링들이 배열된다. 잠수함은, 예를 들어, 일반적으로 약 10 내지 50개의 스트링을 갖는 에너지 저장 디바이스를 가지며, 각각의 스트링은 약 4 내지 10개의 모듈들을 갖는다. 예를 들어, 모듈은 20 내지 500개의 어큐뮬레이터들을 가질 수 있다.
본 발명의 추가의 실시예에서, 본 발명에 따른 적어도 2개의 배터리 모듈은 구획에 배열된다. 구획은 적외선 카메라를 갖는다. 적외선 카메라는 열 이벤트의 포지션을 찾을 수 있고, 따라서 어큐뮬레이터의 열 폭주가 발생한 배터리 모듈을 식별할 수 있다. 예를 들어, 탈출하는 따뜻한 가스들은 식별될 수 있고, 그 온도는 센서를 트리거하기에 충분하지 않지만, 열 및 이동으로 인해 적외선 카메라에 의해 이벤트로서 여전히 용이하게 검출될 수 있다. 이는 또한, 영향을 받는 배터리 모듈이 식별될 수 있도록 이벤트의 위치를 결정하는 것을 가능하게 한다.
추가의 양태에서, 본 발명은 적어도 제 1 배터리 스트링, 제 2 배터리 스트링 및 적어도 하나의 전기 네트워크를 갖는 배터리 구획에 관한 것이다. 제 1 배터리 스트링은 본 발명에 따른 배터리 모듈로 구성되고 네트워크에 연결될 수 있고, 또한 제 2 배터리 스트링은 본 발명에 따른 배터리 모듈로 구성되고 네트워크에 연결될 수 있다. 바람직하게는, 배터리 스트링은 3 내지 8개, 바람직하게는 5 내지 8개의 배터리 모듈들로 구성되며, 이들은 바람직하게는 직렬 연결로 서로 연결된다. 그 결과로서, 예를 들어 트랙션 모터에 대해 요구되는 600 V 내지 1,000 V 의 고출력 전압이 달성될 수 있다. 바람직하게는 20 내지 100개, 바람직하게는 40 내지 60개의 배터리 스트링들이 배터리 구획에 배열된다. 배터리 스트링들은 네트워크에 직접 연결될 수 있고, 따라서 전기적으로 병렬로 연결될 수 있다. 그 결과로서, 배터리 스트링에 의해 규정된 전압에서의 고전력, 고전류가 예를 들어 트랙션 모터에 대해 제공될 수 있다. 또한, 현재 요구되는 전력에 따라 배터리 스트링들은 개별적으로 또는 그룹별로 상기 네트워크로부터 연결해제 또는 그에 연결될 수 있다. 배터리 구획은 적어도 제 1 구획 센서를 가지며, 이는 온도 또는 화학 물질을 검출하기 위해 설계된다. 배터리 구획은 제어 디바이스를 가지며, 제어 디바이스는 제 1 구획 센서가 배터리 스트링에서의 사고를 검출하면 배터리 스트링을 네트워크로부터 연결해제하도록 설계된다. 특히 바람직하게는, 배터리 구획은 제 1 구획 센서를 갖고, 제 1 구획 센서는 일산화탄소 또는 수소를 검출하기 위해 설계되고, 배터리 구획은 2 구획 센서를 갖고, 제 2 구획 센서는 적외선 카메라이다. 이러한 실시예는 비교적 극단적이지 않은 사고들을 검출하는 데 유리하다. 매우 낮은 열 발생으로 인해, 영향을 받는 배터리 모듈의 제 1 센서 또는 제 2 센서가 사고를 검출하지 않고 제 2 구획 센서가 이를 검출하지 않을 수 있다. 그러나, 제 1 구획 센서에 의한 이러한 프로세스의 화학 제품들의 검출로 인해, 항상 사고가 여전히 검출될 수 있고, 그후 이것이 누출되어야 하는 배터리 모듈의 가스 채널의 출구는 제 2 구획 센서에 의해 검출된 데이터로부터 식별될 수 있다. 그 결과로서, 온도 임계치를 초과하지 않거나 온도의 급격한 상승없이 검출이 또한 가능하다.
추가의 양태에서, 본 발명은 본 발명에 따른 에너지 저장 디바이스를 갖는 선박에 관한 것이다. 바람직하게는, 상기 선박은 군용 선박이다. 특히 군용 선박은 잠수함, 항공모함, 헬기 캐리어, 순양함, 구축함, 호위함, 초계함, 상륙함, 기뢰부설함, 기뢰제거함, 기뢰탐색함, 순찰함, 고속정, 호위함, 호버크래프트, 정찰함을 포함하는 그룹으로부터 선택된다. 특히 바람직하게는, 군용 선박은 잠수함, 순양함, 구축함, 호위함, 초계함, 고속정 및 호위함을 포함하는 그룹으로부터 선택된다. 아주 특히 바람직하게는, 군용 선박은 잠수함이다.
추가의 양태에서, 발명은 배터리 모듈, 특히 바람직하게는 본 발명에 따른 배터리 모듈에서 사고를 검출하는 방법에 관한 것이다. 배터리 모듈은 모듈 배터리 관리 시스템을 갖고, 모듈 배터리 관리 시스템은 제 1 센서 및 제 2 센서를 판독하도록 설계된다. 모듈 배터리 관리 시스템은 제 1 센서의 시간 프로파일 및 제 2 센서의 시간 프로파일을 검출하고, 신호 증가의 레벨 및 속도로 인해 적어도 하나의 센서에 의해 사고를 검출한다. 예를 들어 그리고 특히 제 1 센서 및 제 2 센서는 온도를 검출하고, 모듈 배터리 관리 시스템은 적어도 하나의 센서가 적어도 0.5℃/s 의 증가율에 대해 50℃ 초과의 증가 또는 증가율에 관계없이 150℃ 초과의 증가를 검출할 때, 사고를 검출한다.
추가의 양태에서, 본 발명은 본 발명에 따른 대형 배터리 모듈을 작동하기 위한 방법에 관한 것이고, 상기 방법은, 사고를 기록하는 경우 배터리 모듈을 스위치 오프하도록 센서들을 규칙적으로 판독하는 단계를 포함한다.
본 발명의 추가의 실시예에서, 본 발명은 복수의 배터리 모듈들을 작동하기 위한 방법에 관한 것이고, 사고를 기록하는 경우, 손상된 배터리 모듈 및 파열 멤브레인에 인접한 배터리 모듈은 스위치 오프된다.
이하, 본 발명에 따른 배터리 모듈은 도면에 도시된 예시적인 실시예를 기초하여 보다 상세하게 아래에 설명된다.
도 1 은 공동에 제 1 센서들을 갖는 배터리 모듈을 도시한다.
도 2 는 가스 채널에서 제 1 센서를 갖는 배터리 모듈을 도시한다.
도 3 은 가스 채널에서 제 1 센서 및 제 2 센서를 갖는 배터리 모듈을 도시한다.
도 4 는 공동들 및 가스 채널에서 센서들을 갖는 배터리 모듈을 도시한다.
도 5 는 배터리 스트링을 도시한다.
도 6 은 배터리 구획을 도시한다.
도 2 는 가스 채널에서 제 1 센서를 갖는 배터리 모듈을 도시한다.
도 3 은 가스 채널에서 제 1 센서 및 제 2 센서를 갖는 배터리 모듈을 도시한다.
도 4 는 공동들 및 가스 채널에서 센서들을 갖는 배터리 모듈을 도시한다.
도 5 는 배터리 스트링을 도시한다.
도 6 은 배터리 구획을 도시한다.
도 1 내지 도 4 는 6개의 어큐뮬레이터들 (20) 을 갖는 배터리 모듈 (10) 을 예로써 도시한다. 어큐뮬레이터들은 제 1 실린더 단부 면 상에 2개의 전기 접촉부들 (24) 를 갖는다. 반대쪽에 제 2 실린더 단부 면 상에서, 어큐뮬레이터 각각은 파열 멤브레인 (22) 을 갖는다. 모든 어큐뮬레이터들 (20) 은 서로 평행하게 배열되며, 동일한 방향으로 지향된다. 어큐뮬레이터들 (20) 은 모듈 하우징에 배열되고, 모듈 하우징은 제 1 모듈 하우징 부품 (30), 및 제 2 모듈 하우징 부품 (40) 및 그사이에 포팅 화합물 (50) 을 갖는다. 제 2 모듈 하우징 부품 (40) 은 각각의 경우에 각각의 공동 (60) 이 그사이에 배열되는 제 2 모듈 하우징 부품 (40) 의 파열 지점 (44) 의 반대쪽에 어큐뮬레이터들 (20) 의 파열 멤브레인 (22) 을 갖는다.
도 1 은 제 3 센서 (130) 가 각각의 공동 (60) 에 배열된 배터리 모듈 (10) 의 제 1 예를 도시한다. 제 3 센서 (130) 는 압력 센서 또는 온도 센서일 수 있다. 선택적으로, 압력 센서 및 온도 센서가 배열될 수 있다. 이러한 방식으로, 각각의 어큐뮬레이터 (20) 의 모니터링이 수행된다. 도 1 에 도시된 것은, 예를 들어, 도 4 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 모듈 (10) 의 일부일 수 있다.
도 2 는 제 2 예를 도시하며, 여기서 제 2 모듈 하우징 부품 (40) 은 가스 채널 (90) 을 갖는다. 가스 채널 (90) 에는 제 1 센서 (110) 가 위치된다. 이는 예를 들어 압력 또는 온도를 측정한다. 어느 어큐뮬레이터 (20) 가 손상되었는 지에 따라, 압력 또는 온도 피크는 제 1 센서 (110) 에 대해 상이한 시간 분포 또는 상이한 최대값을 갖는다. 극단적인 경우로서, 제 1 센서 (110) 에 가장 가까운 어큐뮬레이터 (20) 가 손상되면, 가장 가파른 상승 및 가장 높은 최대값이 예상될 수 있다. 더 극단적인 경우로서, 제 1 센서 (110) 로부터 가장 멀리 떨어진 어큐뮬레이터 (20) 가 손상되면, 가장 약한 증가와 가장 낮은 최대값이 예상될 수 있다. 또한, 제 2 센서 (120) 는 가스 채널 (90) 의 길이의 약 절반만큼 제 1 센서 (110) 로부터 이격된 가스 채널 (90) 에 배열된다. 그 결과로서, 예를 들어, 가장 좌측에 도시된 어큐뮬레이터 (20) 의 심지어 약한 열 영향들은, 열 영향들이 너무 약하여 가스 채널 (90) 의 유출구에서 제 1 센서 (110) 에 의해 신뢰성있게 검출될 수 없고 사고로서 인식될 수 없다면, 제 2 센서 (120) 에 의해 검출될 수 있다.
도 3 는 제 3 예를 도시하며, 여기서 제 2 모듈 하우징 부품 (40) 은 가스 채널 (90) 을 갖는다. 또한, 이러한 예는 제 1 모듈 하우징 부품 (30) 에 배열된 버스 바아 (100) 를 갖는다. 가스 채널 (90) 에서, 제 1 센서 (110) 는 유출구에 위치되고, 제 2 센서 (120) 는 가스 채널 (90) 의 반대쪽 단부에 위치된다. 예를 들어, 제 1 센서 (110) 및 제 2 센서 (120) 가 압력을 측정하는 경우, 손상된 어큐뮬레이터 (20) 의 포지션이 측정된 최대값의 시간 차이로부터 결정될 수 있다.
도 4 에 도시된 제 4 실시예는 제 1 예와 제 3 예를 조합한다. 제 3 센서 (130) 는 모든 공동들 (60) 에 배열된다. 또한, 가스 채널 (90) 에는 제 2 센서 (120) 및 제 1 센서 (110) 가 배열되며, 제 1 센서 (110) 는 가스 채널 (90) 의 유출구에 배열된다. 이는 높은 정밀도 및 중복성을 달성한다.
도 5 에는 배터리 스트링이 도시된다. 배터리 스트링은 도시된 예에서 3개의 배터리 모듈들 (10) 을 가지며, 이는 매우 단순화된 방식으로 도시된다. 각각의 배터리 모듈 (10) 은 간략화를 위해 생략된 가스 채널 (90) 에 배열되는 제 1 센서 (110) 및 제 2 센서 (120), 예를 들어 온도 센서들을 갖는다. 제 1 센서 (110) 및 제 2 센서 (120) 는 모듈 배터리 관리 시스템 (140) 에 연결된다. 3개의 모듈 배터리 관리 시스템 (140) 은 스트링 배터리 관리 시스템 (150) 에 연결되고, 스트링 배터리 관리 시스템 (150) 은 배터리 모듈 (10) 과 네트워크 (160) 사이에서 연결을 연결해제하도록 설계된다.
배터리 구획의 내부는 도 6 에 도시된다. 간략화를 위해, 배터리 구획은 도 5 에 도시된 바와 같이, 2개의 동일한, 병렬 연결된 배터리 스트링들을 갖는다. 뿐만 아니라, 배터리 구획은 제 1 구획 센서 (180), 예를 들어 일산화탄소 검출기를 갖는다. 이는 예를 들어, 제 1 센서 (110) 및 제 2 센서 (120) 중 어느 것에 의해서도 검출되지 않았을 수 있는, 일산화탄소의 존재를 통해 사고의 존재를 검출하는 데, 왜냐하면 상응하는 어큐뮬레이터 (20) 가 낮은 잔류 용량으로 인해 단지 약간의 가온을 야기하기 때문이다. 또한, 배터리 구획은 예를 들어 제 2 구획 센서 (190), 특히 IR 카메라를 갖는다. 제 2 구획 센서 (190) 의 도움으로, 제 1 구획 센서 (180) 에 의한 사고의 검출 이후에, 단지 매우 약한 온도 피크가 어느 배터리 모듈 (10) 의 가스 채널 (90) 의 어느 출구로부터 검출될 수 있는 지를 후속하여 분석할 수 있지만, 상이한 온도 피크는 모든 다른 배터리 모듈들 (10) 과 비교하여 여전히 인식가능하다. 그 결과로서, 결함있는 배터리 모듈 (10) 은 스트링 배터리 관리 시스템 (150) 에 의해 제어 디바이스 (170) 에 의해 네트워크 (160) 로부터 식별 및 연결해제될 수 있다.
10 배터리 모듈
20 어큐뮬레이터
22 어큐뮬레이터의 파열 멤브레인
24 전기 접촉부
30 제 1 모듈 하우징 부품
40 제 2 모듈 하우징 부품
44 제 2 모듈 하우징 부품의 파열 지점
50 포팅 화합물
60 공동
70 시일링
90 가스 채널
100 버스 바아
110 제 1 센서
120 제 2 센서
130 제 3 센서
140 모듈 배터리 관리 시스템
150 스트링 배터리 관리 시스템
160 네트워크
170 제어 디바이스
180 제 1 구획 센서
190 제 2 구획 센서
20 어큐뮬레이터
22 어큐뮬레이터의 파열 멤브레인
24 전기 접촉부
30 제 1 모듈 하우징 부품
40 제 2 모듈 하우징 부품
44 제 2 모듈 하우징 부품의 파열 지점
50 포팅 화합물
60 공동
70 시일링
90 가스 채널
100 버스 바아
110 제 1 센서
120 제 2 센서
130 제 3 센서
140 모듈 배터리 관리 시스템
150 스트링 배터리 관리 시스템
160 네트워크
170 제어 디바이스
180 제 1 구획 센서
190 제 2 구획 센서
Claims (15)
- 배터리 모듈 (10) 로서,
상기 배터리 모듈 (10) 은 적어도 제 1 어큐뮬레이터 (20) 및 제 2 어큐뮬레이터 (20) 를 갖고,
모든 어큐뮬레이터들 (20) 은 적어도 2개의 전기 접촉부들 (24) 을 갖고,
모든 어큐뮬레이터들 (20) 은 파열 멤브레인 (22) 을 갖고,
모든 파열 멤브레인들 (22) 은 동일한 방향으로 배열되고,
모든 어큐뮬레이터들 (20) 은 모듈 하우징 내에 배열되고,
작용 방향으로 상기 어큐뮬레이터들 (20) 의 상기 파열 멤브레인 (22) 의 하류에 적어도 제 1 센서 (110) 가 배열되고,
상기 제 1 센서 (110) 는 압력, 온도 또는 화학 물질을 검출하기 위해 설계되고,
상기 모듈 하우징은 적어도 제 1 가스 채널 (90) 을 갖고,
상기 제 1 가스 채널 (90) 은 작용 방향으로 상기 어큐뮬레이터들 (20) 의 상기 파열 멤브레인들 (22) 의 하류에 배열되고,
상기 제 1 센서 (110) 및 제 2 센서 (120) 는 상기 제 1 가스 채널 내에 배열되고,
상기 제 2 센서 (120) 는 압력, 온도 또는 화학 물질을 검출하기 위해 설계되고,
상기 제 1 센서 (110) 및 상기 제 2 센서 (120) 는 상기 제 1 가스 채널 (90) 에서 서로 거리를 두어 배열되는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈 (10). - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 센서 (110) 는 상기 제 1 가스 채널 (90) 의 유출구에 배열되고, 상기 제 1 센서 (110) 및 상기 제 2 센서 (120) 는 상기 제 1 가스 채널 (90) 의 길이의 적어도 절반만큼 이격되는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈 (10). - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 센서 (110) 는 수소 및 일산화탄소를 포함하는 그룹으로부터 선택된 화학 물질을 검출하기 위해 설계되는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈 (10). - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 센서 (110) 및 상기 제 2 센서 (120) 는 온도 센서들인 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈 (10). - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
모든 어큐뮬레이터들 (20) 은 제 2 실린더 단부 면 상에 파열 멤브레인 (22) 을 갖는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈 (10). - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 어큐뮬레이터들 (20) 은 각각 제 1 단부 면 및 제 2 단부 면을 갖고,
상기 모듈 하우징은 제 1 모듈 하우징 부품 (30) 및 제 2 모듈 하우징 부품 (40) 을 포함하고,
상기 제 1 모듈 하우징 부품 (30) 은 플랫형이고 상기 어큐뮬레이터들 (20) 의 종방향에 수직하게 배열되고,
상기 제 2 모듈 하우징 부품 (40) 은 플랫형이고 상기 어큐뮬레이터들 (20) 의 종방향에 수직하게 배열되고,
상기 제 2 모듈 하우징 부품 (40) 은 제 2 단부 면들의 영역에서 상기 어큐뮬레이터들 (20) 의 각각의 일부들을 수용하기 위한 제 2 리세스들을 갖고,
상기 제 2 모듈 하우징 부품 (40) 과 상기 제 2 실린더 단부 면들의 파열 멤브레인들 (22) 사이에 공동 (60) 이 각각의 경우에 배열되는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈 (10). - 제 5 항에 있어서,
상기 제 2 모듈 하우징 부품 (40) 은 상기 제 2 리세스들의 영역에서 파열 지점들 (44) 을 갖는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈 (10). - 제 6 항에 있어서,
상기 제 2 모듈 수용 부품 (40) 은 적어도 상기 제 1 가스 채널 (90) 을 갖고,
상기 제 1 가스 채널 (90) 은, 적어도 상기 제 1 어큐뮬레이터 (20) 의 하류에 배열되는 상기 제 2 모듈 하우징 부품 (40) 의 상기 파열 지점 (44), 및 상기 제 2 어큐뮬레이터 (20) 의 하류에 배열되는 상기 제 2 모듈 하우징 부품 (40) 의 상기 파열 지점 (44) 을 함께, 공동들의 반대쪽 측에서 연결하는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈 (10). - 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 모듈 하우징 부품 (30) 은 상기 제 1 단부 면들의 영역에서 상기 어큐뮬레이터들 (20) 의 각각의 일부들을 수용하기 위한 제 1 리세스들을 갖고,
상기 제 1 모듈 하우징 부품 (30) 은 전기 연결부들을 통해 피딩하기 위해 상기 제 1 리세스들의 영역에서 개구들을 갖는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈 (10). - 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 모듈 수용 부품 (30) 및 상기 제 2 모듈 수용 부품 (40) 은 섬유 보강된 에폭시로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈 (10). - 제 5 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 모듈 하우징 부품 (30), 상기 제 2 모듈 하우징 부품 (40) 과 상기 어큐뮬레이터 (20) 사이에 포팅 (potting) 화합물 (50) 이 배열되는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈 (10). - 적어도 제 1 배터리 모듈 및 제 2 배터리 모듈을 갖는 배터리 스트링으로서,
상기 제 1 배터리 모듈은 제 1 모듈 배터리 관리 시스템 (140) 을 갖고 상기 제 2 배터리 모듈은 제 2 모듈 배터리 관리 시스템 (140) 을 갖고,
상기 배터리 스트링은 스트링 배터리 관리 시스템을 갖고,
상기 제 1 모듈 배터리 관리 시스템 (140) 은 상기 제 1 배터리 모듈의 상기 제 1 센서 및 상기 제 2 센서를 판독하고,
상기 제 2 모듈 배터리 관리 시스템 (140) 은 상기 제 2 배터리 모듈의 상기 제 1 센서 및 상기 제 2 센서를 판독하고,
적어도 하나의 센서에 의해 사고가 검출되는 경우에, 상기 제 1 모듈 배터리 관리 시스템 (140) 및 상기 제 2 모듈 배터리 관리 시스템 (140) 은 스트링 배터리 관리 시스템 (150) 에 사고를 보고하도록 설계되고,
상기 스트링 배터리 관리 시스템 (150) 은 배터리 모듈에서의 사고의 경우에 네트워크 (160) 로부터 상기 배터리 스트링을 연결해제하도록 설계되는, 배터리 스트링. - 적어도 하나의 네트워크 (160) 에서 적어도 제 1 배터리 스트링, 제 2 배터리 스트링을 갖는 배터리 구획으로서,
상기 제 1 배터리 스트링은 상기 네트워크 (160) 에 연결될 수 있고,
상기 제 2 배터리 스트링은 상기 네트워크 (160) 에 연결될 수 있고,
상기 배터리 구획은 적어도 제 1 구획 센서 (180) 를 갖고, 상기 제 1 구획 센서 (180) 는 온도 또는 화학 물질을 검출하기 위해 설계되고,
상기 배터리 구획은 제어 디바이스 (170) 를 갖고, 상기 제어 디바이스 (170) 는 상기 제 1 구획 센서 (180) 가 상기 배터리 스트링에서의 사고를 검출하면 배터리 스트링을 상기 네트워크 (160) 로부터 연결해제하도록 설계되는, 배터리 구획. - 배터리 모듈에서의 사고를 검출하기 위한 방법으로서,
상기 배터리 모듈은 모듈 배터리 관리 시스템 (140) 을 갖고,
상기 모듈 배터리 관리 시스템 (140) 은 제 1 센서 및 제 2 센서를 판독하도록 설계되고,
상기 모듈 배터리 관리 시스템 (140) 은 상기 제 1 센서의 시간 프로파일 및 상기 제 2 센서의 시간 프로파일을 검출하고,
상기 모듈 배터리 관리 시스템 (140) 은 적어도 하나의 센서에서의 신호 증가의 레벨 및 속도에 기초하여 사고를 검출하는, 배터리 모듈에서의 사고를 검출하기 위한 방법. - 제 13 항에 있어서,
상기 제 1 센서 및 상기 제 2 센서는 온도를 검출하고,
상기 모듈 배터리 관리 시스템 (140) 은 적어도 하나의 센서가 적어도 0.5℃/s 의 증가율로 50℃ 초과의 증가 또는 증가율에 관계없이 150℃ 초과의 증가를 검출하면, 사고를 검출하는 것을 특징으로 하는, 배터리 모듈에서의 사고를 검출하기 위한 방법.
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