KR20240003650A - 열폭주 방지 파워뱅크 - Google Patents

Abstract

본 개시에 따른 파워뱅크:는 다수의 배터리 셀 또는 다수의 셀를 포함하는 다수의 셀 모듈; 상기 다수의 배터리 셀 또는 셀 모듈을 수용되는 컨테이너; 상기 컨테이너 내에 설치되는 것으로 임의 설정된 온도에서 작동하여 내부의 액화 질소를 상기 컨테이너 내부로 분사하는 캔형 열작동형 액체 질소통;를 구비한다.

Description

열폭주 방지 파워뱅크{Thermal runaway prevention Power Bank}

본 개시는 파워뱅크에 대한 것으로, 상세하게는 열폭주(熱暴走, Thermal runaway)를 억제 또는 방지할 수 있는 파워뱅크에 관한 것이다.

리튬 이온 배터리는 매우 유용한 에너지 저장 매체이지만, 열폭주에 의한 배터리의 파괴 및 화재 발생은 리튬 이온 배터리의 큰 약점이다.

리튬 이온 배터리를 이용한 파워 뱅크에는 열폭주의 문제를 억제하기 위한 보호 수단으로 온도 검출에 의한 전력을 제어하는 BMS를 적용한다.

그러나, 이러한 BMS등의 적용에도 불구하여, 리튬 배터리의 열폭주에 의한 화재발생은 빈발하고 있다. 따라서, 보다 진전된 열폭주의 억제 수단에 대한 연구가 요구된다.

본 개시는 열폭주를 효과적으로 억제하고 화재발생을 방지할 수 있는 파워뱅크를 제시한다.

본 개시에 따른 파워 뱅크:는

다수의 배터리 셀;

상기 다수의 배터리 셀을 수용되는 컨테이너;

상기 컨테이너 내에 설치되는 것으로 임의 설정된 온도에서 작동하여 내부의 액화 질소를 상기 컨테이너 내부로 분사하는 캔형 열작동형 액체 질소통;를 구비한다.

본 개시의 구체적 실시 예에 따르면, 상기 다수 배터리 셀은 상기 컨테이너 내에서 복수의 영역으로 구획된 분할영역에 분리 배치되고, 상기 영역의 사이에는 고내열성 격리벽체가 마련될 수 있다.

본 개시의 구체적인 실시 예에 따르면, 상기 다수의 배터리 셀들은 질소 개스의 유통이 가능한 임의 간격을 갭을 두고 설치될 수 있다.

본 개시의 구체적인 실시 예에 따르면, 상기 액체 질소통은 상기 컨테이터의중앙에 설치되고, 상기 격리벽체는 는 상기 중앙의 액체 질소통을 중심으로 사각 격자 상으로 배열되고, 각 사각 영역에 배터리 셀이 설치될 수 있다.

본 개시의 구체적인 실시 예에 따르면, 상기 액체 질소통은 임의 설정 온도에서 그 몸체가 파괴되거나 분리되는 구조를 가짐으로써 배터리 셀에서의 열폭주가 발생했을 때 일시에 컨테이터 내부에 액체 질소가 공급될 수 있도록 할 수 있다.

본 개시의 구체적인 실시 예에 따르면, 상기 컨테이너의 내부에서 상기 컨테이터의 코너 부분에도 상기 질소통이 설치될 수 있다.

본 개시의 구체적인 실시 예에 따르면, 상기 컨테이너의 외부에는 컨테이너의 주위의 온도를 검출하는 온도 검출 센서가 설치될 수 있다.

본 개시에 따른 파워 뱅크는 BMS에 의한 배터리 작동 제어에 실패하여 배터리의 열폭주가 발생할 때에 그 내부에 마련되는 질소통으로부터 질소 액체(개스)를 순간 공급하여, 컨테이너 내부의 배터리 셀을 급속 냉각 및 냉동을 유도하고, 이를 통해 배터리의 열폭주를 방지하고 이를 통해 화재 등의 발생을 억제할 수 있다.

도1은 본 개시의 구체적인 실시 예에 따른 파워 뱅크의 내부를 보이는 외관 사시도이다.
도2는 컨테이너 내부를 투영해 보인 것으로 사각 격자상으로 구획된 컨테이터의 내부에 중앙의 네 군데의 코너에 캔형 또는 원기둥형 질소통이 직립되어 있는 상태를 보입니다.
도3은 컨테이터의 내부를 상부에서 내려 본 부분확대 평면 사진으로 중앙에질소통이 설치되고, 이를 중심으로 수직 및 수평 방향으로 격리벽체가 설채되어 4개의 구획영역이 설치되고, 각 영역에 복수의 배터리 셀이 설치된 상태를 보인다.
도4는 컨테이너의 저면에 배터리 셀로부터 발생한 오프 가스의 배출구를 보이며, 도5는 그의 확대도이다.

본 개시에 따른 파워 뱅크의 실시 예를 설명한다.

본 개시에 따른 파워뱅크는 일반적인 파워뱅크에서와 같이 배터리 셀을 수용하는 컨테이너, 그리고 이 내부에 설치되는 복수의 배터리 셀을 구비한다. 그리고, 이에 부가하여 배터리 셀에 연결되는 BMS 등의 보호회로가 설치될 수 있으며, 본 개시의 도면에는 생략되었다.

“배터리 셀” 또는 “셀”이란 전극, 전해질, 분리막으로 구성되는 전기화학 배터리의 최소 기본 단위를 의미하고, “모듈”은 다수의 셀들이 직렬 또는 병렬로 연결되어 구조물 내에 패킹된 구성 요소를 의미한다. 따라서 각 구획영역에 설치되는 배터리 셀은 단독적 또는 여러 개가 조립된 셀 형태를 가지며, 이들 셀은 다수 설치된다.

본 개시에서 관리하고자 하는 “열폭주”는 배터리 내부의 발열반응에 의해 온도가 상승함에 따라 발열반응의 속도가 점점 가속되어 에너지 방출이 급격하게 증가하는 현상으로 가연성 가스의 방출을 수반하며 화재 또는 폭발을 일으킬 수 있는 것이다.

“오프가스”란 배터리에서 열폭주가 일어나기 전에 방출되는 가스를 말한다.

열폭주 전조현상은 배터리에서 열폭주가 발생하기 전에 나타나는 온도 상승, 전압 감소, 오프가스 배출 등을 일으키게 되는데, 본 개시에 따른 파워뱅크는 이러한 열폭주 전조 현상이 나타날 때 질소통으로부터 액체질소가 급격히 기화하면서 기체 상태로 컨테이너 내부에 빠른 속도로 공급되어 내부 구성품을 초저온상태로 냉각 또는 냉동을 수행한다.

이러한 본 개시에 따른 파워뱅크에 따르면, 결론적으로 “열폭주 진압”을 사정에 수행함으로써 화재 진압을 포함하여 열폭주가 더 이상 진행되지 아니하는 상태로 파워뱅크가 안정화된다.

본 개시에 따른 파워뱅크에는 열폭주 전조현상 또는 열폭주 발생을 감지하는 감지 장치가 설치될 수 있다.

본 개시에 따른 파워뱅크는 그 내부 자체에 열폭주를 저지하는 질소통을 내장하며, 별도로 설치되는 제어장치를 통해 감지장치의 신호를 수신하여 경보를 발하고 감지장치 또는 제어장치의 작동에 의하여 소화약제를 방출시키는 작동 장치를 작동할 수 있도록 한다.

도1을 참고하면, 파워 뱅크의 내부, 본 실시 예에서는 컨테이너의 내부공간은 4개의 영역으로 구획되어 있다. 4개의 영역 각각에는 배터리 모듈이 다수 설치되어 있으며, 각 모듈은 상호 갭을 유지하고 있다. 이 갭은 비상시 질소 개시가 유통하여 유입되는 공간이다.

그리고 각 영역의 사이에는 이들을 구획하는 격리벽체가 설치되어 영역과 영역을 열적으로 격리한다. 이러한 격리 벽체는 고내열성 열차단 재료, 예를 들어 석고를 베이스물질로 적용할 수 있다.

이 격리벽체의 전후 면은 보호 구조물이 설치될 수 있는데, 망상 구조의 금속망 또는 카본망이 설치될 수 있다. 상기 컨테이너는 배터리의 폭발에 대비하여, 방폭의 기능을 가지도록 견고한 재료로 형성될 수 있으면, 이에 더하여 내열성 섬유 재로 커버될 수 있다.

도2는 컨테이너 내부를 투영해 보인 것으로 사각 격자상으로 구획된 컨테이터의 내부에 중앙의 네 군데의 코너에 캔형 또는 원기둥형 질소통(황색)이 직립되어 있는 상태를 보인다.

원기동형 질소통의 상단에는 질소를 주입/배출할 수 있는 벨브가 설치될 수 있다. 이러한 원기둥형 또는 캔형 질소통은 기설정된 임계 온도에 도달했을 때 캠형 질소통 몸체 자체가 균열되거나, 쪼개어 지는 구조를 가짐으로써 고온의 상태가 도달했을 때 일시에 캔형 질소통으로부터 일시에 대향의 질소 액체가 기화되어 컨테이너 내부의 셀 또는 모듈을 냉각 또는 냉동 시키게 된다.

도3은 컨테이터의 내부를 상부에서 내려 본 부분확대 평면 사진으로, 위에서 설명된 바와 같이 중앙에 질소통이 설치되고, 이를 중심으로 수직 및 수평 방향으로 격리벽체가 설치되어 4개의 구획영역이 설치되고, 각 영역에 복수의 배터리 셀이 설치된 상태를 보인다. 한편, 중앙의 질소통의 위에는 외부의 온도를 검출하는 외부 온도 검출부가 설치된다. 이것은 컨테이너 즉, 단위 파워뱅크의 외부 온도를 검출하기 위한 것이다.

도4는 컨테이너의 저면에 배터리 셀로부터 발생한 오프 가스의 배출구를 보이며, 도5는 그의 확대도이다.

전술한 바와 같이 오프가스는 배터리 셀에서 열폭주가 일어나기 전에 방출되는 가스이다. 열폭주 전조현상은 배터리에서 열폭주가 발생하기 전에 나타나는 온도 상승, 전압 감소, 오프가스 배출 등을 일으킨다.

본 개시에 따른 파워뱅크는 이러한 열폭주 전조 현상이 나타날 때 질소통으로부터 액체질소가 급격히 기화하면서 기체 상태로 컨테이너 내부에 빠른 속도로 공급되어 내부 구성품을 초저온상태로 냉각 또는 냉동을 수행한다.

본 발명의 실시 예에 따른 반도체 소자 제조 방법은 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (1)

1. 다수의 배터리 셀 또는 다수의 셀를 포함하는 다수의 셀 모듈;
   상기 다수의 배터리 셀 또는 셀 모듈을 수용되는 컨테이너;
   상기 컨테이너 내에 설치되는 것으로 임의 설정된 온도에서 작동하여 내부의 액화 질소를 상기 컨테이너 내부로 분사하는 캔형 열작동형 액체 질소통;를 구비하는 파워 뱅크.