KR20230002066A - 전지 시스템 및 전지 시스템의 가스 연소 방지 방법 - Google Patents

전지 시스템 및 전지 시스템의 가스 연소 방지 방법 Download PDF

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안드레 고루브코브
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Abstract

실시예에 따른 전지 시스템은 하우징 및 상기 하우징 내에 수용된 복수의 전지 셀을 포함하는 전지 팩, 불활성 가스를 제공하고 불활성 가스로 하우징을 플러싱(flushing)하도록 구성된 불활성 가스 생성 유닛, 전지 팩의 열 폭주가 발생할 수 있는 비정상 상태를 감지하고, 상기 비정상 상태 시 상기 불활성 가스 생성 유닛을 활성화하도록 구성된 전지 관리 시스템, 및 상기 하우징 내에 설치되어 상기 하우징 내의 온도를 측정하고 측정된 데이터를 상기 전지 관리 시스템에 제공하도록 구성된 온도 센서를 포함한다.

Description

전지 시스템 및 전지 시스템의 가스 연소 방지 방법{A battery system and a method for avoiding gas burns in a battery system}
본 발명은 전지 시스템 및 전지 시스템의 가스 연소 방지 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기한 전지 시스템을 포함하는 전기 자동차에 관한 것이다.
최근 몇 년 동안, 물건과 사람들의 운송 수단은 전력을 동력원으로 사용하여 개발되고 있다. 전기 자동차는 이차 전지에 저장된 에너지를 사용하여 전기 모터에 의해 추진되는 자동차이다. 전기 자동차는 전지로만 구동되거나 가령 가솔린 발전기에 의해 적어도 부분적으로 구동되는 하이브리드 자동차일 수 있다. 또한, 전기 자동차는 전기 모터와 기존 연소 엔진의 조합을 포함할 수 있다. 일반적으로 전기 자동차 전지(EVB) 또는 견인 전지는 전지 전기 자동차(BEV)의 추진에 사용되는 전지이다. 전기 자동차 전지는 지속적인 시간 동안 전원을 공급하도록 설계되었기 때문에 시동, 조명 및 점화 전지와는 다르다. 충전식 또는 이차 전지는 충전과 방전을 반복할 수 있다는 점에서 일차 전지와 다르며, 후자는 화학 물질을 전기 에너지로 비가역적으로 변환할 뿐이다. 일반적으로 휴대전화, 노트북, 캠코더 등의 소형 전자기기의 전원은 소용량 이차 전지가 사용되고, 하이브리드 자동차 등의 전원은 고용량 이차 전지가 사용된다. 일반적으로 이차 전지는 양극, 음극, 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체, 전극 조립체를 수용하는 케이스, 및 전극 조립체와 전기적으로 연결된 전극 단자를 포함한다. 양극, 음극 및 전해액의 전기 화학 반응을 통해 전지의 충전과 방전이 가능하도록 전해액이 케이스에 주입된다. 케이스의 형상(예: 원통형 또는 직사각형)은 전지의 용도에 따라 다르다. 노트북 및 가전 제품에 널리 사용되는 리튬 이온 (및 유사한 리튬 폴리머) 전지는 개발중인 가장 최근의 전기 자동차 그룹에서 가장 두드러진다.
이차 전지는 고 에너지 밀도를 제공하기 위하여(예: 하이브리드 차량의 모터 구동용) 직렬 및/또는 병렬로 연결된 다수의 단위 전지 셀로 형성되는 전지 모듈로서 사용될 수 있다. 즉, 전지 모듈은 필요한 전력량에 부합하고, 예컨대, 전기 차량의 고출력 이차 전지를 구현하기 위하여, 다수의 단위 전지의 전극 단자를 서로 연결하여 형성된다.
전지 모듈은 블록형(block) 구조 또는 모듈형(module) 구조로 구성될 수 있다. 블록형 구조에서, 각 전지 셀은 공통된 집전체 구조와 공통된 전지 관리 시스템에 연결된다. 모듈형 구조에서는, 서브 모듈이 다수의 전지 셀을 연결하여 형성되고, 전지 모듈은 다수의 서브 모듈을 연결하여 형성된다. 자동차 애플리케이션에서 전지 시스템은 원하는 전압을 제공하기 위해 직렬로 연결된 복수의 전지 모듈로 구성되는 경우가 많다. 여기서 전지 모듈은 복수의 전지 셀이 적층된 서브 모듈을 포함할 수 있으며, 전지 모듈에서 병렬로 연결된 셀을 포함하는 서브 모듈은 직렬로 연결되거나(XpYs) 직렬로 연결된 셀을 포함하는 서브 모듈은 병렬로 연결될 수 있다(XsYp).
전지 팩은 여러 개의 (바람직하게는 동일한) 전지 모듈 세트이다. 이들은 원하는 전압, 용량 또는 전력 밀도를 제공하기 위해 직렬, 병렬 또는 두 가지를 혼합 방식으로 구성될 수 있다. 전지 팩의 구성 요소에는 개별 전지 모듈과 그 사이에 전기 전도성을 제공하는 상호 연결부가 포함된다.
전지 시스템은 이차 전지 셀, 전지 모듈 및 전지 팩을 관리하는 전자 시스템인 전지 관리 시스템(Battery Management System, BMS)을 포함한다. 전지 관리 시스템(BMS)은 전지 셀이 안전한 작동 영역 밖에서 작동하지 않도록 보호하고, 전지 셀의 상태를 모니터링하며, 2차 데이터를 계산하여 해당 데이터를 보고하고, 이의 환경을 제어하며, 인증 및/또는 균형을 유지하는 등의 작업을 수행한다. 예를 들어, 전지 관리 시스템(BMS)은 전압(예: 전지 팩 또는 전지 모듈의 총 전압, 개별 셀의 전압), 온도(예: 전지 팩 도는 전지 모듈의 평균 온도, 냉매 흡입 온도, 냉매 출력 온도, 또는 개별 셀의 온도), 냉매 흐름(예: 유량, 냉각액 압력 등) 및 전류의 표시로서, 전지 팩, 전지 모듈 또는 전지 셀의 상태를 모니터링할 수 있다. 또한 전지 관리 시스템(BMS)은 전지 셀의 충전 수준, 열화 상태(SOH; 전지 셀의 초기 용량(%) 대비 잔존 용량을 정의), 전력 상태(SOP; 현재 전력 사용량, 온도 및 기타 조건을 고려하여 정의된 시간 간격 동안 가용 전력량), 안정 상태(SOS), 충전 전류 제한(CCL)으로서 최대 충전 전류, 방전 전류 제한(DCL)으로서 최대 방전 전류 및 (개방 회로 전압을 결정하기 위한) 전지 셀의 내부 임피던스를 나타내기 위해, 최소 및 최대 셀 전압, 충전 상태(SOC) 또는 방전 깊이(DOD)와 같은 항목을 기반으로 값을 계산할 수 있다.
전지 관리 시스템(BMS)은 단일 컨트롤러가 다수의 전선을 통해 다수의 전지 셀에 연결되는 중앙 집중식으로 구성될 수 있다. 또한, 전지 관리 시스템(BMS)은 분산 방식으로 구성될 수 있는데, 이 경우, BMS 보드가 전지 셀과 컨트롤러 사이에 배치되는 단일 통신 케이블만을 통해 각 셀에 설치된다. 다른 경우, 전지 관리 시스템(BMS)은 컨트롤러 간의 통신과 더불어 특정 수의 전지 셀을 처리하는 몇 개의 컨트롤러를 포함하는 모듈식으로 구성될 수 있다. 여기서 중앙 집중식 전지 관리 시스템(BMS)은 가장 경제적이고 확장성이 가장 낮은 반면, 많은 전선의 사용으로 인해 구성의 복잡성이 있다. 반면, 분산식 전지 관리 시스템(BMS)은 설치가 간단하고 가장 간결한 어셈블리를 제공할 수 있으나, 비용 측면에서 불리하다. 이에 반해 모듈식 전지 관리 시스템(BMS)은 다른 2가지 방식의 기능과 문제의 절충안을 제공할 수 있다.
전지 관리 시스템(BMS)은 전지 팩이 안전한 작동 영역 밖에서 작동하지 않도록 보호할 수 있다. 안전 작동 영역 외의 동작은, 과전류, 과전압(충전 중), 과열, 저온도, 과압, 지락 또는 누설전류 감지 시, 표시될 수 있다. 전지 관리 시스템(BMS)은 전지 셀이 안전 작동 영역 밖에서 작동되면 열리는 내부 스위치(예: 릴레이 또는 무접점 장치)를 포함할 수 있다. 전지 관리 시스템(BMS)은 전지 셀과 연결된 장치(예: 전술한 내부 스위치)를 작동하여 전지 셀의 사용을 줄이거나 심지어 중단하도록 하고, 히터, 팬, 에어컨 또는 액체 냉각과 같은 환경을 능동적으로 제어하여 전지 셀이 안전 작동 영역 밖에서 작동하는 것을 방지할 수 있다.
전지 관리 시스템(BMS)은 전지 셀의 오류가 감지되면 필요한 조치를 취해야 한다. 예를 들어, 전해질의 이상으로 가연성 가스가 방출되는 경우, 전지 관리 시스템(BMS)은 전류 차단을 개시하는 회로 인터럽트 장치(CID)를 활성화할 수 있다. 캐소드의 이상으로 산소가 방출되는 경우, 전지 관리 시스템(BMS)은 압력 벤트를 개방할 수 있다.
그런데 전지 셀 구성 요소의 산화에 대해서는 전지 관리 시스템(BMS) 작용이 일반적으로 너무 늦어 전지 셀의 파괴를 발생하는 소위 열 폭주가 전지 셀에 일어날 수 있다. 일반적으로 열 폭주는 온도 증가에 의해 가속되는 과정을 말하며, 이 과정의 결과로 온도가 더욱 상승된 에너지가 방출된다. 열 폭주는 온도 증가가 추가로 온도를 증가시키는 방식으로 조건을 변경하는 상황에서 발생하며, 종종 파괴적인 결과를 초래한다. 이차 전지 시스템에서 열 폭주는 온도 상승에 의해 가속화되는 강한 발열 반응과 관련이 있다. 이러한 발열 반응에는 전지 팩 하우징 내에 일어나는 가연성 가스 조성물의 연소가 포함될 수 있다. 예를 들어, 전지 셀이 임계 온도(일반적으로 150℃ 이상) 이상으로 가열되면 열 폭주로 전환될 수 있다. 초기 발열은 셀 내부 단락, 결함 전기 접촉에서 발열, 인접 셀과의 단락과 같은 국부적 고장으로 인해 발생할 수 있다. 열 폭주 중에 고장난 전지 셀, 즉 국부적으로 고장난 전지 셀은 700℃를 초과하는 온도에 도달할 수 있다. 또한, 셀 하우징의 배기구를 통해 고장난 전지 셀 내부에서 대량의 뜨거운 가스가 전지 팩으로 분출된다. 배출 가스의 주 성분은 H2, CO2, CO, 전해질 증기 및 기타 탄화수소이다. 따라서 배출 가스는 가연성이며 잠재적으로 독성이 있다. 또한, 배출 가스는 전지 팩 내부의 가스 압력을 증가시킨다. 따라서 전지 팩 하우징은 일반적으로 과도한 과압을 방지하기 위한 배기(벤팅) 어셈블리를 포함한다. 배기 어셈블리(예: 파열(burst) 플레이트)는 열림 상태로 열려 가스 혼합물을 주변으로 배출한다.
전지 셀의 배기가 시작될 때, 배기 가스가 배기 어셈블리를 통해 모든 공기를 외부로 내보내지 않는 한, 전지 팩 하우징 내부에는 가연성 가스 혼합물이 존재한다. 모든 공기가 고온의 배기 가스에 의해 대체되면 폭연이 발생할 수 없다. 그러나 팩 내부의 배기 가스가 냉각되고 공기가 주변에서 팩 하우징으로 다시 흡입되면 가연성 가스 혼합물이 다시 형성될 수 있다.
가연성 연료-공기 혼합물이 전지 하우징 내부에 존재하는 한, 폭연이 발생할 수 있다. 폭연은 고압 스파이크를 일으켜 전지 케이스를 손상시킬 수 있다. 케이스가 손상되는 경우, 손상된 팩 내부에 있는 고온의 부품에 공기가 접근할 수 있으며, 고온의 부품이 점화되어 마침내 전지 셀이 완전히 발화될 수 있다.
본 개시의 목적은 전지 팩 내부의 가연성 가스 조성물의 생성에 따른 위험을 감소시키거나 가능한 한 제거할 수 있는 전지 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 하우징 및 상기 하우징 내에 수용된 복수의 전지 셀을 포함하는 전지 팩, 불활성 가스를 제공하고 불활성 가스로 하우징을 플러싱(flushing)하도록 구성된 불활성 가스 생성 유닛, 전지 팩의 열 폭주가 발생할 수 있는 비정상 상태를 감지하고, 상기 비정상 상태 시 상기 불활성 가스 생성 유닛을 활성화하도록 구성된 전지 관리 시스템, 및 상기 하우징 내에 설치되어 상기 하우징 내의 온도를 측정하고 측정된 데이터를 상기 전지 관리 시스템에 제공하도록 구성된 온도 센서를 포함하는 전지 시스템이 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 바와 같은 전지 시스템을 포함하는 차량이 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 하우징 및 상기 하우징 내에 수용된 복수의 전지 셀을 포함하는 전지 팩, 불활성 가스를 제공하고 불활성 가스로 하우징을 플러싱하도록 구성된 불활성 가스 생성 유닛, 전지 팩의 열 폭주가 발생할 수 있는 비정상 상태를 감지하고, 상기 비정상 상태 시 상기 불활성 가스 생성 유닛을 활성화하도록 구성된 전지 관리 시스템, 및 상기 하우징 내에 설치되어 상기 하우징 내의 온도를 측정하고 측정된 데이터를 상기 전지 관리 시스템에 제공하도록 구성된 온도 센서를 포함하는 전지 시스템을 제공하는 단계(a)와, 상기 전지 관리 시스템에 의해 비정상 상태를 감지하여 제1 활성화 신호를 생성하고, 상기 제1 활성화 신호를 상기 불활성 가스 생성 유닛에 전송하는 단계(b) 및, 상기 불활성 가스 생성 유닛이 상기 제1 활성화 신호를 수신한 후 불활성 가스를 생성하고 상기 불활성 가스로 상기 하우징을 플러싱하는 단계(c)를 포함하는 전지 시스템의 가스 연소 방지 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 측면은 종속항, 첨부된 도면 및/또는 첨부된 도면에 대한 다음의 설명에 의해 알 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전지 시스템은, 전지 팩의 열 폭주가 발생할 수 있는 비정상 상태 시, 전지 팩의 위험을 감소시키거나 제거할 수 있다.
본 개시의 상기 및 다른 측면 및 특징들은 첨부 도면들을 참조하여 예시적인 실시예들의 다음의 상세한 설명으로부터 더 명확하게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전지 시스템을 나타내는 평면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전지 시스템을 나타내는 평면도이다.
도 3은 제1 실시예 및 제2 실시예의 전지 시스템에서 가스 연소를 방지하기 위한 방법을 도시하는 흐름도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 효과 및 특징, 그리고 그 구현 방법을 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에 예시된 실시 예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시가 철저하고 완전하고 본 개시의 측면 및 특징을 당업자에게 완전히 전달할 수 있도록 예로서 제공된다.
따라서, 본 개시 내용의 측면 및 특징의 완전한 이해를 위해 당업자에게 필요하지 않은 프로세스, 요소 및 기술은 설명되지 않을 수 있다. 별도의 언급이 없는 한, 동일한 인용 부호는 첨부된 도면 및 기재 설명 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소를 나타내므로 그 설명은 반복되지 않을 수 있다. 도면에서, 요소, 층 및 영역의 상대적 크기는 명확성을 위해 과장 및/또는 단순화될 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같이, "및/또는"이라는 용어는 하나 이상의 관련 열거된 항목의 임의 및 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 발명의 실시예를 기술할 때 "할 수 있다"를 사용하는 것은 "본 발명의 하나 이상의 실시예"를 의미한다.
기술된 본 발명의 실시예에 따른 전자 또는 전기 장치 및/또는 다른 관련 장치 또는 구성 요소는 임의의 적절한 하드웨어, 펌웨어 (예: 응용-특정 집적 회로), 소프트웨어 또는 이들의 조합을 이용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 이들 장치의 다양한 구성 요소는 하나의 집적 회로(IC) 칩 또는 분리된 집적 회로 칩들 상에 형성될 수 있다. 또한, 이들 장치의 다양한 구성 요소는 가요성 인쇄 회로 필름, 테이프 캐리어 패키지(TCP), 인쇄 회로 기판 상에 마련되거나 하나의 기판 상에 형성될 수 있다. 여기에 설명된 전기적 연결 또는 상호 연결은 와이어 또는 전도성 구성 요소(예: PCB 또는 다른 종류의 회로 캐리어)에 의해 실현될 수 있다. 전도성 구성 요소는 금속화(예: 표면 금속화) 및/또는 핀, 및/또는 전도성 고분자 또는 세라믹을 포함할 수 있다. 추가적인 전기 에너지는 무선 연결(예: 복사 및/또는 광 사용)을 통해 전송될 수 있다.
또한, 이들 장치의 다양한 구성 요소는 하나 이상의 컴퓨팅 장치에서 하나 이상의 프로세서를 수행하고, 컴퓨터 프로그램 명령을 실행하며, 위에서 설명된 다양한 기능을 수행하기 위해 다른 시스템 구성 요소와 상호 작용하는 프로세스 또는 스레드일 수 있다. 컴퓨터 프로그램 명령은 가령 랜덤 액세스 메모리(RAM)와 같은 표준 메모리 장치를 사용하여 컴퓨팅 장치에서 구현될 수 있는 메모리에 저장된다. 더욱이 컴퓨터 프로그램 명령은 가령 CD-ROM, 플래시 드라이브 등과 같은 다른 비 일시적 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장될 수 있다.
또한, 당업자는 본 실시예의 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 컴퓨팅 장치의 기능이 단일 컴퓨팅 장치에 결합 또는 통합될 수 있거나, 특정 컴퓨팅 장치의 기능이 하나 이상의 컴퓨팅 장치에 걸쳐 분산될 수 있음을 인식해야 한다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 용어 및 과학 용어 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 용어와 같은, 용어는 관련 기술 및/또는 본 명세서의 맥락에서 그 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 이상적이거나 지나치게 형식적인 의미로 해석되어서는 안 되는 것으로 이해될 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 개선된 전지 시스템이 제공된다. 전지 시스템은 하우징 및 하우징 내에 수용된 복수의 전지 셀을 포함하는 전지 팩을 포함한다. 전지 시스템은 불활성 가스를 제공하고 불활성 가스로 하우징을 플러싱(flushing)하도록 구성된 불활성 가스 생성 유닛을 더욱 포함한다. 또한 전지 시스템은 전지 팩의 열 폭주의 발생을 유발할 수 있는 비정상 상태를 감지하도록 구성된 전지 관리 시스템(BMS)을 포함하고, 전지 관리 시스템에 의해 비정상 상태가 감지되면 불활성 가스 생성 유닛을 활성화하도록 추가로 구성된다.
다시 말해, 전지 시스템은 불활성 가스 생성 유닛을 포함하며, 이는 전지 관리 시스템이 열 폭주로 이어질 수 있는 조건을 감지할 때 활성화된다. 전지 관리 시스템의 활성화 신호에 응답하여 불활성 가스 생성 유닛은 즉시(즉, 몇 초 이내, 특히 2초 미만) 전지 팩 하우징을 불활성 가스로 플러싱할 수 있다. 불활성 가스는 불활성 가스 생성 유닛에 의해 생성된다. 불활성 가스는 전지 팩의 하우징으로 부유되어 하우징 내에 있는 가스 혼합물을 대체한다. 동시에 전지 관리 시스템은 가스 혼합물을 방출하기 위해 배기 어셈블리의 압력 벤트를 열 수 있다. 따라서 상황이 통제 불능 상태가 되기 전에, 즉 열 폭주가 시작되기 전에 전지 관리 시스템은 불활성 가스 생성 유닛을 개시하여 전지 팩 하우징을 불활성 가스로 플러싱한다. 이러한 조치로 가연성 가스 혼합물이 하우징 내에서 희석되고, 하우징 외부로 옮겨져 방출됨에 따라 발생하는 열 폭주의 위험을 줄일 수 있다. 반면, 열 폭주는 계속해서 억제될 수 있고 인접한 전지 셀 또는 전지 모듈을 향한 고발열 프로세스의 확장을 피할 수 있다.
본 개시에 있어, 불활성 가스는 연소 과정에서 존재하는 화합물과 그 자체로 반응하지 않는 기체 화합물이다. 구체적으로, 불활성 가스는 열 폭주 동안 또는 그 이전에 전지 팩에 존재하는 산소 또는 가연성 가스와 반응하지 않는다. 불활성 가스는 예를 들어 질소, 이산화탄소 및 아르곤을 포함할 수 있다.
불활성 가스 생성 유닛은 불활성 가스를 전지 팩의 하우징으로 플러싱하도록 구성된다. 불활성 가스 생성 유닛이 전지 팩 하우징 내부에 조립되는 경우, 불활성 가스는 하우징 내부로 간단히 분사될 수 있다. 불활성 가스 생성 유닛이 전지 팩 하우징에 폐쇄적으로 조립되는 경우, 불활성 가스 생성 유닛은 생성된 불활성 가스에 대한 가이드 부재, 예를 들어 하우징 내부로 도달하는 가이드 플레이트 또는 튜브를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 불활성 가스 생성 유닛은 비정상 상태가 감지될 때 활성화되어 불활성 가스를 생성하고 이 생성된 불활성 가스로 하우징을 플러싱하도록 구성된 제1 불활성 가스 생성기를 포함할 수 있다. 일반적으로 가스 생성기는 가스를 발생시키는 장치이다. 가스 생성기는 가압 가스를 저장하는 것이 바람직하지 않거나 비실용적일 때, 화학 반응에 의해 또는 고체 또는 액체 공급원으로부터 가스를 생성할 수 있다. 제1 불활성 가스 생성기는 바람직하게는 화학 반응에 의해 불활성 가스를 생성한다. 예를 들어, 자동차 에어백은 팽창을 위해 아지드화 나트륨을 사용한다. 작은 불꽃(폭약성) 전하가 분해를 유발하여 질소 가스를 생성하고, 이 질소 가스가 밀리초 이내에 에어백을 팽창시킨다. 유사한 가스 생성기는 화재 진압에 사용된다. 따라서, 제1 불활성 가스 생성기는 아지드화 나트륨의 발열 분해로부터 불활성 가스, 즉 질소를 발생시킬 수 있다.
또한, 전술한 제1 불활성 가스 생성기를 포함할 수 있는 다른 실시예에 따르면, 전지 관리 시스템이 열 폭주를 감지한 경우, 전지 관리 시스템은 열 폭주를 감지하고 불활성 가스 생성 유닛을 활성화하도록 더욱 구성될 수 있다. 따라서, 불활성 가스 생성 유닛은 두 번째로 활성화될 수 있고 두 번째로 불활성 가스를 하우징의 내부로 플러싱할 수 있다. 이러한 조치는 열 폭주 위치의 급격한 팽창(확장)을 억제할 수 있을 뿐만 아니라 전지 시스템이 전지 시스템 주변의 신선한 공기를 흡입하는 것을 방지할 수 있다.
불활성 가스 발생 유닛은 열 폭주 검출 시, 활성화되어 불활성 가스를 발생시키고 이 불활성 가스로 하우징을 플러싱하도록 구성된 제2 불활성 가스 생성기를 포함할 수 있다. 따라서, 전지 시스템은 전지 관리 시스템에 의해 검출된 상이한 작동 조건에서 활성화되는 적어도 2개의 불활성 가스 생성기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 열 폭주로 이어질 수 있는 비정상적 상태가 감지되면 제1 불활성 가스 생성기가 활성화된다. 그럼에도 불구하고 열 폭주가 발생하거나 비정상적인 조건이 감지되지 않고 제1 불활성 가스 생성기가 활성화되지 않은 경우에도 최소한 제2 불활성 가스 생성기가 불활성 가스로 하우징을 플러싱할 것이다.
제1 불활성 가스 생성기 및/또는 제2 불활성 가스 생성기는 불꽃 불활성 가스 생성기일 수 있다. 이미 위에서 언급한 바와 같이, 불꽃 전하는 아지드화 나트륨과 같은 불활성 가스 생성 화합물의 분해를 유발한다. 불꽃 불활성 가스 생성기는 응답 시간이 매우 짧다. 즉, 불활성 가스 발생은 전지 관리 시스템 활성화 신호를 수신한 직후 즉시 시작된다.
구체적으로, 제1 불활성 가스 생성기는 0.1 내지 5초 사이에서 가스 발생을 수행하도록 구성될 수 있다. 이에 발생 가스는 전기 자동차의 전지 팩 하우징을 떠다니기에 충분하다. 즉, 하우징은 불활성 가스에 의해 완전히 플러싱된다. 제2 불활성 가스 생성기는 0.1초 내지 20초 사이에서 가스 발생을 수행하도록 구성될 수 있다. 이에 따라 불활성 가스 생성은 열 폭주 시, 재점화를 방지기 위해 약간 더 긴 시간 동안 지속될 수 있다.
열폭주의 발생의 원인이 될 수 있는 비정상적인 상태가 표시될 수 있다.
비정상 상태의 검출은 (i) 열 폭주의 발생 가능성의 계산을 위한 전지 관리 시스템 서브 루틴 및/또는 (ii) 전지 시스템의 적어도 하나의 파라미터를 제어하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 다음의 경우가 비정상적인 상태를 나타낼 수 있다.
-하우징 내부 또는 전지 셀 표면의 온도 한계 초과
-충돌 감지
-하나 이상의 전지 셀의 비정상적인 전압 감지
-전지 팩의 과전류 감지, 및
-하우징 내 비정상적인 가스 구성 감지
비정상 상태를 결정하는 데 적합한 매개 변수는 전지 시스템의 특정 구성에 따라 다르며 특정 애플리케이션에 맞게 조정되어야 한다. 예를 들어, 전지 셀 온도는 전지 셀 케이스의 표면에서 직접 측정될 수 있다. 예를 들어 온도가 100℃를 초과하면 전지 관리 시스템은 불활성 가스 생성 유닛을 활성화한다. 또는, 충돌 센서가 전지 시스템이 포함된 차량과 다른 물체의 충돌을 감지할 수 있다. 감지된 충돌로 인해 전지 관리 시스템은 불활성 가스 생성 유닛을 활성화할 수 있다. 또한, 감지된 전지 셀의 이상 전압 또는 전지 팩의 과전류는 전지 관리 시스템을 초기화하여 불활성 가스 발생 유닛을 활성화할 수 있다. 또한, 전지 팩의 하우징 내의 가스 센서는 전지 셀의 손상을 나타내는 비정상적인 가스 구성을 감지할 수 있다.
전지 관리 시스템은 지정된 매개 변수 중 하나 이상을 제어하는 것 외에도, 대안적으로 또는 추가적으로 안전 상태(State of Safety, SOS)를 결정하기 위한 알고리즘을 포함할 수 있다(예: E. Cabrera-Castillo et al., Journal of Power Sources, 볼륨 324, 페이지 509-520).
안정 상태(SOS)는 전지 시스템의 고장 가능성 수준을 계산할 수 있다. 따라서, 주어진 가능성 수준을 초과하는 것으로 비정상적인 상태를 나타낼 수 있으며, 결과적으로 전지 관리 시스템은 불활성 가스 생성 유닛에 대한 제1 활성화 신호를 설정할 수 있다. 즉, 전지 관리 시스템은 안정 상태(SOS) 서브 루틴을 이용하여 불활성 가스 생성 유닛의 활성을 제어하도록 구성된다. 열 폭주(즉, 비정상 상태)의 발생 가능성을 나타내는 다른 서브 루틴도 전지 관리 시스템에 구현될 수 있다. 가장 일반적으로 전지 관리 시스템은 열 폭주로 이어질 수 있는 비정상 상태를 감지하도록 구성된다.
마찬가지로 열 폭주의 검출은 (i) 열 폭주의 계산을 위한 전지 관리 시스템 서브 루틴 및/또는 (ii) 전지 시스템의 적어도 하나의 파라미터를 제어하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 다음의 경우가 열 폭주를 나타낼 수 있다.
-하우징 내부 또는 전지 셀 표면의 온도 한계 초과, 및
-하우징 내 비정상적인 가스 구성 감지
이러한 매개 변수 외에도 전지 관리 시스템은 열 폭주를 표시하기 위한 서브 루틴을 포함할 수도 있다. 가장 일반적으로 전지 관리 시스템은 열 폭주를 감지하도록 구성된다.
또한, 전지 팩은 온도 변화 또는 고도 변화로 인한 압력 변화를 보상하기 위해 외부 환경으로 가스 교환을 허용하는 필터를 제외하고는 기밀 상태를 유지할 수 있다.
본 전지 시스템은 전지 셀 고장 시, 가연성 가스 혼합물의 배출이 보다 제어된 방식으로 수행될 수 있어 전지 시스템 전체 또는 일부에 대한 손상 또는 주변 사용자에 대한 피해를 방지하거나 적어도 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.
본 개시의 다른 측면에 따르면, 차량, 특히 전기 자동차는 전술한 실시예들에서 설명된 바와 같은 전지 시스템을 포함한다. 이러한 차량은 운전자와 승객에 대한 안전을 향상시킬 수 있는 장점을 갖는다. 또한, 전지 시스템의 열 폭주로 인한 차량의 손상이 감소된다.
본 개시의 다른 측면에 따르면, 전지 시스템에서 가스 연소를 방지하기 위한 방법이 제공된다. 여기서 방법은 하우징 및 상기 하우징 내에 수용된 복수의 전지 셀을 포함하는 전지 팩, 불활성 가스를 제공하고 불활성 가스로 하우징을 플러싱하도록 구성된 불활성 가스 생성 유닛, 및 전지 팩의 열 폭주가 발생할 수 있는 비정상 상태를 감지하고, 상기 비정상 상태 시 상기 불활성 가스 생성 유닛을 활성화하도록 구성된 전지 관리 시스템을 포함하는 전지 시스템을 제공하는 단계(a)와, 상기 전지 관리 시스템에 의해 비정상 상태를 감지하여 제1 활성화 신호를 생성하고, 상기 제1 활성화 신호를 상기 불활성 가스 생성 유닛에 전송하는 단계(b), 및 상기 불활성 가스 생성 유닛이 상기 제1 활성화 신호를 수신한 후 불활성 가스를 생성하고 상기 불활성 가스로 상기 하우징을 플러싱하는 단계(c)를 포함한다.
불활성 가스 생성 유닛을 포함하는 전지 시스템의 세부 사항은 전술한 바와 같다.
불활성 가스 발생 유닛은 비정상 상태가 감지될 때 활성화되어 불활성 가스를 발생하도록 구성된 제1 불활성 가스 생성기를 포함할 수 있고, (c) 단계에서 제1 불활성 가스 생성기는 불활성 가스를 생성하고 전지 관리 시스템의 제1 활성화 신호에 응답하여 불활성 가스로 하우징을 플러싱할 수 있다.
전지 관리 시스템은 열 폭주를 감지하고, 열 폭주를 감지한 경우 불활성 가스 생성 유닛을 활성화하도록 추가로 구성될 수 있다. 따라서 본 개시에 따른 방법은, 전지 관리 시스템에 의해 열 폭주를 감지하여 제2 활성화 신호를 생성하고, 제2 활성화 신호를 상기 불활성 가스 생성 유닛에 전송하는 단계(d), 및 불활성 가스 생성 유닛이 제2 활성화 신호를 수신한 후 불활성 가스를 생성하고 불활성 가스로 하우징을 플러싱하는 단계(e)를 더욱 포함할 수 있다.
불활성 가스 발생 유닛은 열 폭주가 감지될 때 활성화되어 불활성 가스를 발생시키도록 구성된 제2 불활성 가스 생성기를 포함할 수 있다. 단계 (e)에서 제2 불활성 가스 생성기는 불활성 가스를 발생시키고 전지 관리 시스템의 제2 활성화 신호에 응답하여 불활성 가스로 하우징을 플러싱할 수 있다.
(b) 단계에서 열 폭주의 발생을 유발할 수 있는 비정상 상태는 (i) 열폭주의 발생 가능성을 계산하기 위한 전지 관리 시스템 서브 루틴 및/또는 (ii) 전지 시스템의 선택된 매개 변수 제어에 의해 결정될 수 있다. 전지 관리 시스템의 예시적인 서브 루틴 및 결정을 위한 적절한 매개 변수는 전술한 바와 같다.
(d) 단계에서, 열 폭주의 감지는 (i) 열 폭주의 계산을 위한 전지 관리 시스템 서브 루틴 및/또는 (ii) 전지 시스템의 선택된 매개 변수 제어에 의해 결정될 수 있다. 전지 관리 시스템의 예시적인 서브 루틴 및 결정을 위한 적절한 매개 변수는 전술한 바와 같다.
도 1은 제1 실시예에 따른 전지 시스템(1)을 도시한 도면이다. 전지 시스템(1)은 하우징(11) 및 하우징(11) 내에 수용된 복수의 전지 모듈(12)을 포함한 전지 팩(10)을 포함한다. 전지 시스템(1)은 예를 들어, 전기 자동차의 추진 구성요소의 일부를 형성할 수 있다. 전지 모듈(12) 각각은 차량의 모터 구동을 위한 높은 에너지 함량을 제공하기 위해 직렬 및/또는 병렬로 연결된 복수의 전지 셀을 포함한다. 고출력 이차 전지 팩(10)을 구현하기 위하여, 각 전지 모듈(12)은 요구되는 전력량에 따라 복수의 단위 전지 셀의 전극 단자를 상호 연결하여 구성된다. 전지 모듈(12)은 블록 방식 또는 모듈 방식으로 설계되어 구성될 수 있다. 전지 모듈의 세부 사항은 본 개시의 이해를 위해 우선적이지 않으므로 도면의 명료함을 위해, 전지 모듈(12)의 고전압 라인, 단일 전지 셀 및 전지 팩(10)의 다른 고전압 구성요소는 도면에 도시되지 않는다.
전지 시스템(1)은 전지 관리 시스템(BMS, 14)을 더욱 포함한다. 예시적인 실시예에 따르면, 전지 관리 시스템(14)은 단일 컨트롤러가 다수의 와이어를 통해 전지 모듈(12)의 각 전지 셀에 연결된 중앙 집중화식으로 구성될 수 있다. 도 1은 전지 관리 시스템(14)에서 전지 모듈(12)로 연결되는 신호 라인을 개략적으로 도시하고 있다. 본 실시예에서 전지 관리 시스템(14)은 전지 팩(10)의 하우징(11) 내부에 조립되나, 이는 하우징(11) 외부에도 위치할 수 있다.
전지 관리 시스템(14)은 이차 전지 및 전지 모듈(12)을 관리하는 전자 시스템으로서, 전지 셀이 안전한 작동 영역 밖에서 작동하지 않도록 보호하고, 전지 셀의 상태를 모니터링하며, 2차 데이터를 계산하여 해당 데이터를 보고하고, 이의 환경을 제어하며, 인증 및/또는 균형을 유지하는 등의 작업을 수행한다. 예를 들어, 전지 관리 시스템(14)은 전압(예: 전지 팩 또는 전지 모듈의 총 전압, 개별 셀의 전압), 온도(예: 전지 팩 도는 전지 모듈의 평균 온도, 냉매 흡입 온도, 냉매 출력 온도, 또는 개별 셀의 온도), 냉매 흐름(예: 유량, 냉각액 압력 등) 및 전류의 표시로서, 전지 팩, 전지 모듈 또는 전지 셀의 상태를 모니터링할 수 있다. 또한, 전지 관리 시스템(BMS)은 전지 셀의 충전 수준, 열화 상태(SOH; 전지 셀의 초기 용량(%) 대비 잔존 용량을 정의), 전력 상태(SOP; 현재 전력 사용량, 온도 및 기타 조건을 고려하여 정의된 시간 간격 동안 가용 전력량), 안정 상태(SOS), 충전 전류 제한(CCL)으로서 최대 충전 전류, 방전 전류 제한(DCL)으로서 최대 방전 전류 및 (개방 회로 전압을 결정하기 위한) 전지 셀의 내부 임피던스를 나타내기 위해, 최소 및 최대 셀 전압, 충전 상태(SOC) 또는 방전 깊이(DOD)와 같은 항목을 기반으로 값을 계산할 수 있다. 전지 관리 시스템(14)의 기능을 단순화하기 위해, 본 실시예는 하우징(11) 내의 온도를 측정하여 측정된 데이터를 전지 관리 시스템(14)에 제공하는 단일 온도 센서(16)만을 보여주고 있다. 그러나, 열폭주의 발생 또는 열폭주 자체를 결정하는 데에는 다른 감지된 매개 변수 또는 계산된 값도 적합할 수 있다.
또한, 전지 팩(10)의 하우징(11) 내부에는 불활성 가스 발생 유닛(13)이 조립되어 있다. 불활성 가스 발생 유닛(13)은 불활성 가스를 생성하고 불활성 가스로 하우징(11)을 플러싱(flushing)하도록 구성된다. 본 실시예에 따르면, 불활성 가스 발생 유닛(13)은 신호 라인을 통해 전지 관리 시스템(14)에 연결된다. 불활성 가스 발생 유닛(13)은 화학 반응에 의해 불활성 가스를 발생시키는 불꽃 불활성 가스 생성기를 포함하거나 이로써 구성될 수 있다. 예를 들어, 불활성 가스 생성기는 불활성 가스로서 아지드화 나트륨의 발열 분해로부터 질소를 생성할 수 있다.
또한 도 1은 전지 관리 시스템(14)에 의해 제어될 수 있는 배기 어셈블리(15)를 도시한다. 본 실시예에서 배기 어셈블리(15)는 전환 가능한 밸브 및 필터 시스템을 포함할 수 있다. 전지 시스템(1)의 미리 정의된 작동 조건에서, 전지 관리 시스템(14)은 배기 어셈블리(15)의 전환 가능한 밸브를 열어 하우징(11)의 내부로부터 가스 혼합물을 방출할 수 있다.
전지 관리 시스템(14)은 전지 팩(10)의 열폭주가 발생할 수 있는 비정상 상태를 감지하도록 구성되고, 비정상 상태가 감지되면 불활성 가스 발생 유닛(13)을 활성화하도록 더욱 구성된다. 이에 대한 프로세스는 도 3의 흐름도의 단계 S1 및 S2를 참고하여 아래에서 상세히 설명될 것이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전지 시스템(1)을 도시한다. 기본적으로, 제2 실시예는 불활성 가스 발생 유닛(13.2)이 제1 불활성 가스 생성기(13a) 및 제2 불활성 가스 생성기(13b)를 포함하는 것을 제외하고는 도 1에 도시된 제1 실시예와 유사하며, 이에 대해서는 후술한다. 도 2의 전지 시스템의 나머지 특징에 대해서는 위에서 설명한 제1 실시예의 설명을 참조한다.
제2 실시예에 따른 불활성 가스 발생 유닛(13.2)의 제1 불활성 가스 생성기(13a)는 화학 반응에 의해 불활성 가스를 발생시키는 불꽃 불활성 가스 생성기일 수 있다. 예를 들어, 제1 불활성 가스 생성기(13a)는 아지드화 나트륨의 발열 분해에 의해 불활성 가스인 질소를 발생시킬 수 있다. 제1 불활성 가스 생성기(13a)는 전지 관리 시스템(14)이 전지 팩(10)의 열 폭주를 유발할 수 있는 비정상 조건을 감지할 때, 전지 관리 시스템(14)에 의해 불활성 가스를 생성하도록 개시된다.
제2 실시예에 따른 불활성 가스 발생 유닛(13.2)의 제2 불활성 가스 생성기(13b)도 화학 반응에 의해 불활성 가스를 발생시키는 불꽃 불활성 가스 생성기일 수 있다. 예를 들어, 제2 불활성 가스 생성기(13b)는 아지드화 나트륨이 발열 분해되어 불활성 가스인 질소를 발생시킬 수 있다. 제2 불활성 가스 생성기(13b)는 전지 관리 시스템(14)이 전지 팩(10)의 열 폭주를 감지할 때, 전지 관리 시스템(14)에 의해 불활성 가스를 생성하도록 개시된다. 이에 따라, 전지 관리 시스템(14)은 전지 팩(10)의 열 폭주를 감지하도로 구성될 뿐더러, 전지 관리 시스템(14)에 의해 전지 셀의 비정상 상태가 감지될 때 제2 불활성 가스 생성기(13b)를 활성화하도록 추가적으로 구성된다. 열 폭주를 가장 효과적으로 방지하려면 불활성 가스 생성이 몇 초 동안(예: 최대 20초) 유지되어야 한다.
도 3은 도 1의 제1 실시예 및 도 2의 제2 실시예와 같은 전지 시스템에서, 가스 연소를 방지하기 위한 예시적인 프로세스를 도시한 흐름도이다. 제1 실시예의 전지 시스템은 단일의 불꽃 가스 생성기를 갖는 불활성 가스 발생 유닛(13)만을 포함하므로, 이하 설명될 프로세서의 제1 단계(S1) 및 제2 단계(S2)만을 수행한다. 반면, 제2 실시예의 전지 시스템은 제1 불활성 가스 생성기(13a) 및 제2 불활성 가스 생성기(13b)를 포함하는 불활성 가스 발생 유닛(13.2)을 포함하므로, 이하에서는 예시적인 프로세스로서 도 2에 도시된 제2 실시예에 대해 설명하도록 한다.
제1 단계(S1)에서, 전지 관리 시스템(14)은 비정상 상태를 감지하고 불활성 가스 생성 유닛(13.2)으로 전송되는 제1 활성화 신호를 생성한다. 보다 상세하게 도 2의 예시적인 실시예에 따르면, 온도 센서(16)는 하우징(11)에 존재하는 가스 혼합물의 온도를 측정한다. 측정된 온도(이하, 편의상 하우징 온도라고도 함)는 전지 관리 시스템(14)의 입력 신호이다. 전지 관리 시스템(14)의 컨트롤러에서 구현되는 예시적인 서브 루틴에 따르면, 하우징 온도는 지속적으로 감독된다. 하우징 온도가 주어진 온도 한계(예: 90℃)를 초과하면 열폭주가 발생할 가능성이 크게 높아진다. 따라서, 서브 루틴은 불활성 가스 생성 유닛(13.2)에 대한 제1 활성화 신호를 생성한다.
하우징 온도의 감독은 열 폭주로 이어질 수 있는 비정상 상태를 결정하기 위한 한 가지 예시적인 옵션일 뿐이다. 위에서 언급한 바와 같이 전지 시스템의 여러 다른 감지 매개 변수 또는 계산된 주요 매개 변수를 사용하여 비정상 조건을 결정할 수 있다. 매개 변수의 선택은 전지 시스템의 설계와 작동 조건에 따라 다르며 각각의 특정 용도에 맞게 조정해야 한다.
제2 단계(S2)에서, 불활성 가스 생성 유닛(13.2)은 전지 관리 시스템(14)의 제1 활성화 신호를 수신하고 후속적으로 제1 불활성 가스 생성기(13a)를 활성화한다. 제2 실시예의 제1 불활성 가스 생성기(13a)가 불꽃 가스 생성기인 경우, 불활성 가스 발생은 불과 수 밀리초(millisecond) 이내에 개시되어 하우징(11)을 완전히 플러싱(flushing)할 것이다. 열 폭주가 발생하기 직전에 전지 셀에 의해 배출될 수 있는 가연성 가스는 생성된 불활성 가스에 의해 대체 및 희석될 수 있으며, 이에 따라 가스 혼합물의 발화가 방지될 수 있다. 전지 관리 시스템(14)은 전환 가능한 밸브를 일시적으로 개방하고 이와 동시에 하우징(11) 내부로부터 가스 혼합물의 안전한 방출을 확보하기 위해서 배기 어셈블리(15)에 활성화 신호를 전송한다.
제2 단계(S2)와 동시, 또는 그 이후에, 전지 시스템(1)은 전지 팩(10)이 자격을 갖춘 수리소에서 점검 및 서비스되어야 한다는 유지 보수 메모를 차량 운전자에게 제공할 수 있다.
제3 단계(S3)에서, 제2 단계(S2)의 조치가 성공적이지 않은 경우, 전지 시스템(1)의 전지 관리 시스템(14)은 열 폭주를 감지할 수 있다. 예를 들어, 온도 센서(16)는 하우징 온도의 추가 상승을 측정할 수 있다. 전지 관리 시스템(14)의 컨트롤러에 구현된 제2 서브 루틴은 여전히 하우징 온도를 지속적으로 감독한다. 하우징 온도가 주어진(제2) 온도 한계(예: 120℃)를 초과하면 열 폭주가 감지된 것으로 간주된다. 따라서, 제2 서브 루틴은 불활성 가스 생성 유닛(13.2)에 대한 제2 활성화 신호를 생성한다.
다시 말하지만, 하우징 온도에 대한 감독은 열 폭주를 결정하기 위한 하나의 예시적인 옵션일 뿐이다. 위에서 언급한 바와 같이 전지 시스템의 몇 가지 다른 감지된 매개 변수 또는 계산된 주요 매개 변수를 열 폭주를 결정하는 데 사용할 수 있다. 매개 변수의 선택은 전지 시스템의 설계와 작동 조건에 따라 다르며 각각의 특정 용도에 맞게 조정해야 한다.
제4 단계(S4)에서, 불활성 가스 생성 유닛(13.2)은 전지 관리 시스템(14)의 제2 활성화 신호를 수신하고 이어 제2 불활성 가스 생성기(13b)를 활성화한다. 제2 실시예의 제2 불활성 가스 생성기(13b)가 불꽃 가스 생성기인 경우, 불활성 가스 발생은 불과 수 밀리초(millisecond) 이내에 개시되어 하우징(11)을 완전히 플러싱(flushing)할 것이다. 열 폭주 동안 가연성 가스가 손상된 전지 셀에 의해 배출되고 하우징(11) 내부에서 연소된다. 생성된 불활성 가스는 하우징(11)을 플러싱하여 화재를 진압하고, 가스 혼합물의 재점화를 피할 수 있도록 가연성 가스 혼합물을 대체 및 희석할 수 있다. 전지 관리 시스템(14)은 전환 가능한 밸브를 일시적으로 개방하고 이와 동시에 하우징(11) 내부로부터 가스 혼합물의 안전한 방출을 확보하기 위해서 배기 어셈블리(15)에 활성화 신호를 전송한다. 전지 팩(10)이 외부로부터 공기를 흡입하여 하우징(11) 내의 가스 혼합물을 다시 점화할 수 있는 것을 방지하기 위해(cf: 열 폭주의 경우 손상된 전지 셀이 여전히 가연성 가스를 배출할 수 있음), 제2 불활성 가스 생성기(13b)는 제1 불활성 가스 생성기(13a)보다 장시간(예: 10초) 불활성 가스를 발생시키는 것이 좋다.
제4 단계(S4)와 동시 또는 그 이후에, 전지 시스템(1)은 전지 팩(10)이 적격한 수리점에서 점검되고 서비스되어야 한다는 것을 차량의 운전자에게 제공할 수 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
1 전지 시스템
10 전지 팩
11 하우징
12 전지 모듈
13, 13.2 불활성 가스 생성 유닛
13a 제1 가스 생성기
13b 제2 가스 생성기
14 전지 관리 시스템
15 배기 어셈블리
16 온도 센서

Claims (14)

  1. 하우징 및 상기 하우징 내에 수용된 복수의 전지 셀을 포함하는 전지 팩;
    불활성 가스를 제공하고 불활성 가스로 하우징을 플러싱하도록 구성된 불활성 가스 생성 유닛;
    전지 팩의 열 폭주가 발생할 수 있는 비정상 상태를 감지하고, 상기 비정상 상태 시 상기 불활성 가스 생성 유닛을 활성화하도록 구성된 전지 관리 시스템; 및
    상기 하우징 내에 설치되어 상기 하우징 내의 온도를 측정하고 측정된 데이터를 상기 전지 관리 시스템에 제공하도록 구성된 온도 센서
    을 포함하는 전지 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전지 관리 시스템이 열 폭주를 감지 시, 열 폭주를 감지하고 상기 불활성 가스 생성 유닛을 활성화하도록 더욱 구성된 전지 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 불활성 가스 생성 유닛은 상기 비정상 상태 시, 활성화되어 불활성 가스를 발생시켜 상기 하우징을 플러싱하도록 구성된 제1 불활성 가스 생성기를 포함하는 전지 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 불활성 가스 발생 유닛은 열 폭주 감지 시, 활성화되어 불활성 가스를 발생시켜 상기 하우징을 플러싱하도록 구성된 제2 불활성 가스 생성기를 포함하는 전지 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 불활성 가스 생성기는 불꽃 불활성 가스 생성기인 전지 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제2 불활성 가스 생성기는 불꽃 불활성 가스 생성기인 전지 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 온도 센서는 상기 하우징 내의 가스 혼합물의 온도를 측정하는 전지 시스템.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 전지 시스템을 포함하는 전기 자동차.
  9. 하우징 및 상기 하우징 내에 수용된 복수의 전지 셀을 포함하는 전지 팩, 불활성 가스를 제공하고 불활성 가스로 하우징을 플러싱하도록 구성된 불활성 가스 생성 유닛, 전지 팩의 열 폭주가 발생할 수 있는 비정상 상태를 감지하고 상기 비정상 상태 시 상기 불활성 가스 생성 유닛을 활성화하도록 구성된 전지 관리 시스템, 및 상기 하우징 내에 설치되어 상기 하우징 내의 온도를 측정하고 측정된 데이터를 상기 전지 관리 시스템에 제공하도록 구성된 온도 센서를 포함하는 전지 시스템을 제공하는 단계(a);
    상기 전지 관리 시스템에 의해 비정상 상태를 감지하여 제1 활성화 신호를 생성하고, 상기 제1 활성화 신호를 상기 불활성 가스 생성 유닛에 전송하는 단계(b); 및
    상기 불활성 가스 생성 유닛이 상기 제1 활성화 신호를 수신한 후 불활성 가스를 생성하고 상기 불활성 가스로 상기 하우징을 플러싱하는 단계(c)
    를 포함하는 전지 시스템의 가스 연소 방지 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전지 관리 시스템은 열 폭주 감지 시, 열 폭주를 감지하고 상기 불활성 가스 생성 유닛을 활성화하도록 더욱 구성되고,
    상기 전지 시스템의 가스 연소 방지 방법은,
    상기 전지 관리 시스템에 의해 열 폭주를 감지하여 제2 활성화 신호를 생성하고, 상기 제2 활성화 신호를 상기 불활성 가스 생성 유닛에 전송하는 단계(d); 및
    상기 불활성 가스 생성 유닛이 상기 제2 활성화 신호를 수신한 후 불활성 가스를 생성하고 상기 불활성 가스로 상기 하우징을 플러싱하는 단계(e)
    를 더욱 포함하는 전지 시스템의 가스 연소 방지 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 불활성 가스 발생 유닛은, 상기 비정상 상태가 감지될 때 활성화되어 상기 불활성 가스를 생성하도록 구성된 제1 불활성 가스 생성기를 포함하고,
    상기 (c) 단계에서 상기 제1 불활성 가스 생성기는 상기 불활성 가스를 생성하고 상기 전지 관리 시스템의 제1 활성화 신호에 응답하여 상기 불활성 가스로 상기 하우징을 플러싱하는 전지 시스템의 가스 연소 방지 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 불활성 가스 발생 유닛은 상기 열 폭주가 감지될 때 활성화되어 불활성 가스를 생성하도록 구성된 제2 불활성 가스 생성기를 포함하고,
    상기 (e) 단계에서, 상기 제2 불활성 가스 생성기는 상기 불활성 가스를 생성하고 상기 전지 관리 시스템의 제2 활성화 신호에 응답하여 상기 불활성 가스로 상기 하우징을 플러싱하는 전지 시스템의 가스 연소 방지 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서, 열 폭주의 발생을 유발할 수 있는 상기 비정상 상태는 (i) 열폭주의 발생 가능성을 계산하기 위한 전지 관리 시스템 서브루틴 및/또는 (ii) 전지 시스템의 선택된 매개 변수 제어에 의해 결정되는 전지 시스템의 가스 연소 방지 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 (d) 단계에서, 열 폭주의 감지는 (i) 열 폭주의 계산을 위한 전지 관리 시스템 서브루틴 및/또는 (ii) 전지 시스템의 선택된 매개 변수 제어에 의해 결정되는 전지 시스템의 가스 연소 방지 방법.
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