KR20220088038A - 배터리 안전 충전 장치 - Google Patents

배터리 안전 충전 장치 Download PDF

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Abstract

배터리 안전 충전 장치가 개시된다. 개시되는 일 실시예에 따른 배터리 안전 충전 장치는, 냉각재가 수용되는 제1 하우징부, 제1 하우징부의 상부에 마련되는 제2 하우징부, 제1 하우징부와 제2 하우징부 사이에 마련되고, 제1 하우징부와 상기 제2 하우징부를 격리시키는 격벽, 제2 하우징부 내에 마련되는 배터리 모듈, 및 격벽에 마련되고, 기 설정된 투하 이벤트가 발생하는 경우 배터리 모듈을 제1 하우징부의 내부로 투하시키는 배터리 투하부를 포함한다.

Description

배터리 안전 충전 장치{APPARATUS FOR SAFETY CHARGING OF BATTERY}
본 발명의 실시예는 배터리 안전 충전 기술과 관련된다.
리튬 이온 배터리는 오랜 수명과 고용량 등의 우수한 특성을 가지고 있으며 상온에서 출력이 높아 전기 자동차, 스마트 폰, 및 태블릿 등 다양한 분야에 광범위하게 사용되고 있다. 그러나, 리튬 이온 배터리는 과충전 등 비 정상적인 사용 환경에 노출되는 경우, 배터리 셀 내부의 전기 화학적인 작용으로 내압이 상승하여 배터리가 팽창하게 되는 특성이 있다. 특히, 리튬 이온 배터리의 과충전 상태가 지속되는 경우, 전해액이나 화학 물질이 일부 분해되어 내부 압력 및 온도가 급상승하며, 그로 인해 폭발이나 화재를 야기할 위험이 있다.
한국등록특허공보 제10-1389227호(2014.04.29)
본 발명은 배터리의 충전 시 발생하는 화재를 방지할 수 있는 배터리 안전 충전 장치를 제공하기 위한 것이다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
개시되는 일 실시예에 따른 배터리 안전 충전 장치는, 냉각재가 수용되는 제1 하우징부; 상기 제1 하우징부의 상부에 마련되는 제2 하우징부; 상기 제1 하우징부와 상기 제2 하우징부 사이에 마련되고, 상기 제1 하우징부와 상기 제2 하우징부를 격리시키는 격벽; 상기 제2 하우징부 내에 마련되는 배터리 모듈; 및 상기 격벽에 마련되고, 기 설정된 투하 이벤트가 발생하는 경우 상기 배터리 모듈을 상기 제1 하우징부의 내부로 투하시키는 배터리 투하부를 포함한다.
상기 배터리 모듈은, 상기 배터리 투하부 상에 마련되고, 상기 배터리 투하부는, 상기 투하 이벤트가 발생하는 경우 개방되어 상기 배터리 모듈을 상기 제1 하우징부의 내부로 투하시키는 게이트를 포함할 수 있다.
상기 게이트는 정상 시 락킹되어 마련되고, 상기 배터리 투하부는, 상기 투하 이벤트 발생 시 상기 게이트의 락킹을 해제하여 상기 게이트를 개방시키는 투하 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리 안전 충전 장치는, 상기 제2 하우징부 내에 마련되고 상기 배터리 모듈의 온도가 기 설정된 임계 온도를 초과하는 경우 상기 배터리 투하부로 투하 이벤트 신호를 발생시키는 온도 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 온도 센서는, 상기 배터리 모듈의 온도가 기 설정된 제1 임계 온도를 초과하는 경우 충전 중지 신호를 발생시키고, 상기 배터리 모듈의 온도가 상기 제1 임계 온도보다 높은 온도인 제2 임계 온도를 초과하는 경우 투하 이벤트 신호를 발생시킬 수 있다.
상기 배터리 안전 충전 장치는, 상기 제2 하우징부 내에 마련되고 상기 배터리 모듈로부터 기 설정된 오프가스가 발생되는 경우, 상기 배터리 투하부로 투하 이벤트 신호를 발생시키는 가스 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리 투하부는, 상기 배터리 모듈의 온도에 의해 용융되어 상기 배터리 모듈이 상기 제1 하우징부의 내부로 투하되도록 마련될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 배터리 모듈을 배터리 투하부 상에 마련하고, 기 설정된 투하 이벤트 발생 시 배터리 투하부를 통해 배터리 모듈을 냉각재가 수용된 제1 하우징부의 내부로 투하시킴으로써, 배터리 모듈의 과충전 등으로 인한 화재 발생 시 이를 신속하게 소화시켜 큰 화재로 이어지는 것을 방지할 수 있게 된다.
또한, 배터리 투하부를 배터리 모듈의 온도에 의해 용융되도록 마련함으로써, 배터리 투하부의 게이트에 이상이 발생한다 하더라도 배터리 모듈을 투하시켜 냉각시킬 수 있게 된다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 안전 충전 장치를 개략적으로 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 안전 충전 장치의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에서 배터리 투하부에 게이트가 형성된 상태를 나타낸 평면도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에서 배터리 투하부를 통해 배터리 모듈이 제1 하우징부 내로 투하되는 상태를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결 방안을 명확하게 하기 위한 발명의 구성을 본 발명의 바람직한 실시 예에 근거하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하되, 도면의 구성요소들에 참조번호를 부여함에 있어서 동일 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면상에 있더라도 동일 참조번호를 부여하였으며 당해 도면에 대한 설명 시 필요한 경우 다른 도면의 구성요소를 인용할 수 있음을 미리 밝혀둔다.
한편, 상측, 하측, 일측, 타측 등과 같은 방향성 용어는 개시된 도면들의 배향과 관련하여 사용된다. 본 발명의 실시예의 구성 요소는 다양한 배향으로 위치 설정될 수 있으므로, 방향성 용어는 예시를 목적으로 사용되는 것이지 이를 제한하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 안전 충전 장치를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 안전 충전 장치의 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2는 배터리 안전 충전 장치의 폭 방향의 단면도를 나타내었다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 배터리 안전 충전 장치(100)는 하우징부(102), 배터리 투하부(104), 배터리 모듈(106), 온도 센서(108), 가스 센서(110), 및 충전부(112)를 포함할 수 있다.
하우징부(102)는 배터리 안전 충전 장치(100)의 외관을 구성할 수 있다. 하우징부(102)는 배터리 안전 충전 장치(100)의 내부를 외부 환경으로부터 보호하는 역할을 할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 하우징부(102)는 제1 하우징부(102-1) 및 제2 하우징부(102-2)를 포함할 수 있다.
제1 하우징부(102-1)는 하우징부(102)의 하단부에 위치할 수 있다. 제1 하우징부(102-1)의 내부에는 냉각재가 수용될 수 있다. 냉각재는 배터리 모듈(106)을 소화(消火)할 수 있는 물질일 수 있다. 예를 들어, 냉각재는 물과 같은 유체일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 하우징부(102-2)는 하우징부(102)의 상단부에 위치할 수 있다. 즉, 제2 하우징부(102-2)는 제1 하우징부(102-1)의 상부에 배치될 수 있다. 제1 하우징부(102-1)와 제2 하우징부(102-2)의 사이에는 격벽(102a)이 마련될 수 있다. 격벽(102a)은 제1 하우징부(102-1)의 내부 공간과 제2 하우징부(102-2)의 내부 공간을 격리시키며 마련될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 격벽(102a)은 하우징부(102)의 바닥과 평행하게 마련될 수 있다.
제2 하우징부(102-2)는 밀폐 구조로 마련될 수 있다. 제1 하우징부(102-1)와 제2 하우징부(102-2)는 각각 별도로 제작될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 일체로 형성될 수도 있다.
배터리 투하부(104)는 격벽(102a)에 마련될 수 있다. 배터리 투하부(104)는 격벽(102a)의 일부 영역에 마련될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 배터리 투하부(104)는 배터리 모듈(106)의 크기 이상으로 마련될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
배터리 투하부(104)는 기 설정된 투하 이벤트가 발생하는 경우, 배터리 모듈(106)을 제1 하우징부(102-1)의 내부로 투하하도록 마련될 수 있다. 즉, 배터리 모듈(106)은 배터리 투하부(104) 상에 마련될 수 있으며, 투하 이벤트가 발생하는 경우, 배터리 투하부(104)는 배터리 모듈(1060을 제1 하우징부(102-1)의 내부로 투하할 수 있다.
여기서, 기 설정된 투하 이벤트는 배터리 모듈(106)의 온도가 기 설정된 임계 온도를 초과하거나 배터리 모듈(106)에서 기 설정된 오프가스가 검출되는 경우에 발생할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 배터리 투하부(104)는 기 설정된 투하 이벤트가 발생하는 경우, 개방되어 제1 하우징부(102-1)와 연통되는 게이트를 포함할 수 있다.
배터리 모듈(106)은 제2 하우징부(102-2) 내에서 배터리 투하부(104) 상에 마련될 수 있다. 배터리 모듈(106)은 충전부(112)와 전기적으로 연결될 수 있다. 배터리 모듈(106)은 충전부(112)를 통해 충전될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 배터리 모듈(106)은 리튬 이온 배터리 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
온도 센서(108)는 배터리 모듈(106)의 온도를 감지하도록 마련될 수 있다. 온도 센서(108)는 제2 하우징부(102-2) 내에서 배터리 모듈(106)의 온도를 감지할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 온도 센서(108)는 격벽(102a) 상에 마련되어 배터리 모듈(106)과 연결될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 제2 하우징부(102-2)의 내벽에 장착되어 배터리 모듈(106)과 연결될 수도 있다. 온도 센서(108)는 배터리 모듈(106)의 온도가 기 설정된 임계 온도를 초과하는지 여부를 감지할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 온도 센서(108)는 배터리 모듈(106)의 온도가 기 설정된 제1 임계 온도를 초과하는 경우, 충전 중지 신호를 충전부(112)로 발생시킬 수 있다. 온도 센서(108)는 충전 중지 신호를 발생시키면서 위험 알림 신호를 외부로 송출할 수도 있다.
또한, 온도 센서(108)는 배터리 모듈(106)의 온도가 기 설정된 제2 임계 온도를 초과하는 경우, 투하 이벤트 신호를 배터리 투하부(104)로 발생시킬 수 있다. 제2 임계 온도는 제1 임계 온도 보다 높은 온도로 설정될 수 있다.
가스 센서(110)는 배터리 모듈(106)에서 발생되는 기 설정된 오프가스를 감지하도록 마련될 수 있다. 가스 센서(110)는 배터리 모듈(106)이 열 폭주하는 경우 발생되는 오프가스(예를 들어, HCI, HF, HCN, CO 등)를 감지하도록 마련될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 가스 센서(110)는 제2 하우징부(102-2) 내에서 격벽(102a) 상에 마련될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 제2 하우징부(102-2)의 내벽에 장착될 수도 있다. 가스 센서(110)는 기 설정된 오프가스가 감지되는 경우 투하 이벤트 신호를 배터리 투하부(104)로 발생시킬 수 있다.
충전부(112)는 배터리 모듈(106)을 충전하도록 마련될 수 있다. 충전부(112)는 배터리 모듈(106)과 전기적으로 연결될 수 있다. 충전부(112)는 제2 하우징부(102-2)에 마련될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에서 배터리 투하부(104)에 게이트가 형성된 상태를 나타낸 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에서 배터리 투하부(104)를 통해 배터리 모듈(106)이 제1 하우징부(102-1) 내로 투하되는 상태를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 배터리 투하부(104)는 격벽(102a)의 일 영역에 마련될 수 있다. 예를 들어, 배터리 투하부(104)는 격벽(102a)의 중심 영역에 마련될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 배터리 투하부(104)는 개폐 가능한 게이트(104a)를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 게이트(104a)는 배터리 투하부(104)의 길이 방향의 중심축을 따라 마련될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 게이트(104a)는 하부로 회전하며 개방될 수 있다. 배터리 투하부(104)의 길이 방향의 양측은 격벽(102a)에 회전 가능하게 힌지 결합될 수 있다. 여기서, 배터리 투하부(104)의 양측이 회전 하는 경우, 게이트(104a)가 개방되면서 배터리 투하부(104) 상에 마련된 배터리 모듈(106)이 제1 하우징부(102-1)의 내부로 투하될 수 있다.
여기서는, 게이트(104a)가 배터리 투하부(104)의 길이 방향의 중심축을 따라 마련되는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 게이트(104a)는 배터리 투하부(104)의 길이 방향의 일측 또는 타측에 마련될 수도 있다. 예를 들어, 배터리 투하부(104)의 길이 방향의 일측이 격벽(102a)에 힌지 결합되고, 게이트(104a)는 배터리 투하부(104)의 길이 방향의 타측에 마련될 수 있다.
도 4를 참조하면, 기 설정된 투하 이벤트가 발생하는 경우, 게이트(104a)가 개방되면서 배터리 모듈(106)이 제1 하우징부(102-1)의 내부로 투하될 수 있다. 여기서, 제1 하우징부(102-1)에는 냉각재가 수용되어 있으므로, 배터리 모듈(106)이 제1 하우징부(102-1)의 내부로 투하되면, 배터리 모듈(106)은 냉각재에 의해 소화(消火)되게 된다.
배터리 투하부(104)에는 기 설정된 투하 이벤트가 발생 시 게이트(104a)를 개방하는 투하 제어부(미도시)가 마련될 수 있다. 예를 들어, 게이트(104a)는 정상 시에 락킹(Locking)되어 마련될 수 있다. 그리고, 투하 이벤트 발생시 투하 제어부(미도시)가 게이트(104a)의 락킹을 해제하여 게이트(104a)를 개방시킬 수 있다.
예를 들어, 배터리 모듈(106)이 충전부(112)에 의해 충전되는 중에 배터리 모듈(106)의 온도가 기 설정된 임계 온도(예를 들어, 제2 임계 온도)를 초과하는 경우, 온도 센서(108)는 배터리 투하부(104)로 투하 이벤트 신호를 발생시킬 수 있다. 그러면, 배터리 투하부(104)는 게이트(104a)를 개방시켜 배터리 모듈(106)을 제1 하우징부(102-1)의 내부로 투하시킬 수 있다.
또한, 배터리 모듈(106)이 충전부(1120에 의해 충전되는 중에 배터리 모듈(106)에서 기 설정된 오프가스가 감지되는 경우, 가스 센서(110)는 배터리 투하부(104)로 투하 이벤트 신호를 발생시킬 수 있다. 그러면, 배터리 투하부(104)는 게이트(104a)를 개방시켜 배터리 모듈(106)을 제1 하우징부(102-1)의 내부로 투하시킬 수 있다.
한편, 배터리 투하부(104)는 배터리 모듈(106)의 온도에 의해 용융되도록 마련될 수 있다. 즉, 배터리 투하부(104)는 투하 이벤트 신호에 의해 게이트(104a)를 개방시키려고 할 때, 게이트(104a)의 이상으로 게이트(104a)가 개방되지 않는 경우, 배터리 모듈(106)의 온도에 의해 용융되어 배터리 모듈(106)이 제1 하우징부(102-1)의 내부로 투하되도록 마련될 수 있다.
배터리 투하부(104)는 제3 임계 온도에서 용융되는 물질로 마련될 수 있다. 여기서, 제3 임계 온도는 제2 임계 온도 이상의 온도일 수 있다. 예를 들어, 제3 임계 온도는 제2 임계 온도 이상이고 배터리 모듈(106)이 폭발하기 전의 배터리 모듈(106)의 온도로 설정될 수 있다.
개시되는 실시예에 의하면, 배터리 모듈(106)을 배터리 투하부(104) 상에 마련하고, 기 설정된 투하 이벤트 발생 시 배터리 투하부(104)를 통해 배터리 모듈(106)을 냉각재가 수용된 제1 하우징부(102-1)의 내부로 투하시킴으로써, 배터리 모듈(106)의 과충전 등으로 인한 화재 발생 시 이를 신속하게 소화시켜 큰 화재로 이어지는 것을 방지할 수 있게 된다.
또한, 배터리 투하부(104)를 배터리 모듈(106)의 온도에 의해 용융되도록 마련함으로써, 배터리 투하부(104)의 게이트에 이상이 발생한다 하더라도 배터리 모듈(106)을 투하시켜 냉각시킬 수 있게 된다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 배터리 안전 충전 장치
102 : 하우징부
102a : 격벽
102-1 : 제1 하우징부
102-2 : 제2 하우징부
104 : 배터리 투하부
104a : 게이트
106 : 배터리 모듈
108 : 온도 센서
110 : 가스 센서
112 : 충전부

Claims (7)

  1. 냉각재가 수용되는 제1 하우징부;
    상기 제1 하우징부의 상부에 마련되는 제2 하우징부;
    상기 제1 하우징부와 상기 제2 하우징부 사이에 마련되고, 상기 제1 하우징부와 상기 제2 하우징부를 격리시키는 격벽;
    상기 제2 하우징부 내에 마련되는 배터리 모듈; 및
    상기 격벽에 마련되고, 기 설정된 투하 이벤트가 발생하는 경우 상기 배터리 모듈을 상기 제1 하우징부의 내부로 투하시키는 배터리 투하부를 포함하는, 배터리 안전 충전 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 모듈은, 상기 배터리 투하부 상에 마련되고,
    상기 배터리 투하부는,
    상기 투하 이벤트가 발생하는 경우 개방되어 상기 배터리 모듈을 상기 제1 하우징부의 내부로 투하시키는 게이트를 포함하는, 배터리 안전 충전 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 게이트는 정상 시 락킹되어 마련되고,
    상기 배터리 투하부는,
    상기 투하 이벤트 발생 시 상기 게이트의 락킹을 해제하여 상기 게이트를 개방시키는 투하 제어부를 더 포함하는, 배터리 안전 충전 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 안전 충전 장치는,
    상기 제2 하우징부 내에 마련되고 상기 배터리 모듈의 온도가 기 설정된 임계 온도를 초과하는 경우 상기 배터리 투하부로 투하 이벤트 신호를 발생시키는 온도 센서를 더 포함하는, 배터리 안전 충전 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 온도 센서는,
    상기 배터리 모듈의 온도가 기 설정된 제1 임계 온도를 초과하는 경우 충전 중지 신호를 발생시키고, 상기 배터리 모듈의 온도가 상기 제1 임계 온도보다 높은 온도인 제2 임계 온도를 초과하는 경우 투하 이벤트 신호를 발생시키는, 배터리 안전 충전 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 안전 충전 장치는,
    상기 제2 하우징부 내에 마련되고 상기 배터리 모듈로부터 기 설정된 오프가스가 발생되는 경우, 상기 배터리 투하부로 투하 이벤트 신호를 발생시키는 가스 센서를 더 포함하는, 배터리 안전 충전 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 투하부는,
    상기 배터리 모듈의 온도에 의해 용융되어 상기 배터리 모듈이 상기 제1 하우징부의 내부로 투하되도록 마련되는, 배터리 안전 충전 장치.
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