KR20240052378A - Thermal runaway prevention device of battery pack - Google Patents
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Abstract
배터리팩(Battery pack)의 내부에 발생한 열과 가스가 외부로 방출될 수 있도록 방출통로와 방출밸브를 구현하여 열과 가스가 주위 셀(cell)에 전이되지 않도록 하여 안전성을 확보한 배터리 팩의 열폭주 전이 방지장치에 관한 것으로서, 배터리 팩 내부의 배터리 셀로부터 발생한 열과 가스를 이동시키는 통로인 방출 통로 및 방출 통로를 따라 이동하는 열과 가스를 배터리팩의 밖으로 방출하기 위한 개폐 밸브를 배터리 팩 내부에 구현하고, 배터리 관리 시스템에서 배터리 팩 내부의 배터리 셀의 온도를 검출하는 셀 온도 검출기에서 검출한 온도가 설정 온도 이상이 되면 열폭주로 판단을 하고, 개폐 밸브를 개방시켜 배터리 팩 내부의 열과 가스가 배터리 팩 외부로 방출되도록 하여 열폭주 전이를 방지한다.Thermal runaway transfer of the battery pack ensures safety by implementing a release passage and release valve so that heat and gas generated inside the battery pack can be released to the outside, preventing heat and gas from transferring to surrounding cells. Pertaining to a prevention device, a discharge passage, which is a passage for moving heat and gas generated from a battery cell inside a battery pack, and an opening/closing valve for releasing heat and gas moving along the discharge passage to the outside of the battery pack are implemented inside the battery pack, In the battery management system, if the temperature detected by the cell temperature detector, which detects the temperature of the battery cells inside the battery pack, exceeds the set temperature, it is judged to be thermal runaway and the open/close valve is opened to allow heat and gas inside the battery pack to flow outside the battery pack. It prevents thermal runaway transition by allowing it to be released.
Description
본 발명은 배터리 팩의 열폭주 전이 방지에 관한 것으로, 특히 배터리팩(Battery pack)의 내부에 발생한 열과 가스가 외부로 방출될 수 있도록 방출통로와 방출밸브를 구현하여 열과 가스가 주위 셀(cell)에 전이되지 않도록 하여 안전성을 확보한 배터리 팩의 열폭주 전이 방지장치에 관한 것이다.The present invention relates to preventing thermal runaway of a battery pack, and in particular, implements a release passage and a release valve so that heat and gas generated inside the battery pack can be released to the outside, thereby allowing heat and gas to escape to surrounding cells. This relates to a thermal runaway transition prevention device for a battery pack that ensures safety by preventing transition to heat.
세계적인 에너지 정책은 석탄 화력발전소 등 지구온난화를 발생시키는 발전시설을 축소하고 탄소 중립을 위한 친환경에너지로 변화하고 있다. 리튬이온(Li-ion)전지는 태양광 및 풍력 발전소에서 생산된 전기를 저장하고 에너지 사용을 효율적으로 사용할 수 있도록 해주는 역할을 하고 있다. 이에 따라 리튬이온전지의 사용량은 더욱 증가하고 있으며 국내 기업들은 신사업 분야로 리튬이온전지 개발에 앞장서고 있다. 특히, 전기 자동차 등에 사용하는 배터리팩은 복수의 리튬이온전지(Li-ion cell)를 하나로 모듈화하여 외부의 물리적 충격으로부터 보호하며 특정한 역할을 수행하도록 구현된다.Global energy policy is reducing power generation facilities that cause global warming, such as coal-fired power plants, and changing to eco-friendly energy for carbon neutrality. Lithium-ion (Li-ion) batteries play a role in storing electricity produced by solar and wind power plants and enabling efficient energy use. Accordingly, the use of lithium-ion batteries is increasing, and domestic companies are taking the lead in developing lithium-ion batteries as a new business field. In particular, battery packs used in electric vehicles are implemented by modularizing multiple lithium-ion cells (Li-ion cells) into one to protect them from external physical shock and perform a specific role.
리튬이온전지는 높은 에너지 밀도와 장기간 사용이 가능한 장점이 있어 전기 자동차와 에너지 저장장치 등에 적용하고 있다. 다만, 리튬이온전지의 다양한 장점에도 불구하고 리튬이온전지에서 발생하는 열폭주(Thermal runaway) 현상은 아직 해결되지 않은 과제로 남아있다. 국내의 energy storage system(ESS) 및 전기 자동차에서 발생한 화재 및 폭발사례들은 리튬이온전지의 위험성을 보여주고 있다.Lithium-ion batteries have the advantage of high energy density and long-term use, so they are applied to electric vehicles and energy storage devices. However, despite the various advantages of lithium-ion batteries, the thermal runaway phenomenon that occurs in lithium-ion batteries remains an unresolved problem. Fire and explosion cases occurring in domestic energy storage systems (ESS) and electric vehicles show the dangers of lithium-ion batteries.
리튬이온전지에 열폭주가 발생하면 화재 또는 폭발이 발생하는데 이러한 경우 인접 셀과 모듈로 열폭주 전이가 발생하고 높은 화재강도와 연속적인 폭발위험 때문에 대응이 매우 어렵다. ESS 성능시험기준에 해당하는 UL 9540A에서는 배터리 열폭주 현상을 전기화학적 셀이 통제할 수 없는 방식으로 자기 스스로 가열하여 온도를 상승시키는 것으로 정의하고 있다.When thermal runaway occurs in a lithium-ion battery, a fire or explosion occurs. In this case, thermal runaway transfers to adjacent cells and modules, and response is very difficult due to the high fire intensity and continuous risk of explosion. UL 9540A, which corresponds to the ESS performance test standard, defines the battery thermal runaway phenomenon as an electrochemical cell heating itself in an uncontrollable manner to increase its temperature.
리튬이온전지 열폭주 발생 특성과 관련하여 국내외 다양한 연구가 수행되었으나, 열폭주 전이 방지를 위한 소화시스템 개발 방향에 대한 연구는 부족한 실정이다. 리튬이온전지에 대한 연구는 주로 문헌 연구 및 모델링 개발에 국한되어 왔다. 또한, 리튬이온전지에 대한 열폭주 위험성에 대한 실험연구가 수행된 바 있으나 국내 ESS나 전기 자동차에 제한적으로 사용하는 원통형으로 수행되었다.Although various studies have been conducted at home and abroad regarding the characteristics of thermal runaway in lithium-ion batteries, there is a lack of research on the direction of development of fire extinguishing systems to prevent thermal runaway transition. Research on lithium-ion batteries has been mainly limited to literature research and modeling development. In addition, experimental research on the risk of thermal runaway for lithium-ion batteries has been conducted, but it was conducted in a cylindrical type that is limited to domestic ESS or electric vehicles.
국외의 경우에도 리튬이온전지에 대한 다양한 연구는 진행되어 왔으나, 리튬이온전지 열폭주 전이 방지를 위한 열폭주 이후의 대책보다는 예방차원의 접근이 주를 이룬다. 리튬이온전지 소화시스템에 대한 실험연구는 화재 진압 여부에 초점을 두었으며 열폭주 전이 방지를 위한 소화 약제 개발방향에 대한 연구는 이루어지지 않았다.Although various studies on lithium-ion batteries have been conducted overseas, the main focus is on preventive approaches rather than post-thermal runaway measures to prevent thermal runaway in lithium-ion batteries. Experimental research on lithium-ion battery fire extinguishing systems focused on fire suppression, and no research was conducted on the direction of fire extinguishing agent development to prevent thermal runaway.
리튬이온전지 열폭주는 기계적 이상조건, 전기적 이상조건, 열적 이상조건, 내부단락에 의해 발생하게 된다. 기계적 이상조건은 리튬이온전지의 부식, 충돌 및 관통에 의해 변형 등을 발생시켜 열폭주가 발생하게 되는 것을 의미한다. 전기적 이상조건에는 외부단락, 과충전 및 과방전이 있으며, 전기적 이상조건에 의해 리튬이온전지 셀의 온도를 상승시켜 열폭주가 발생한다. 열적이상 조건은 외부 열원에 의해 셀의 온도가 상승하여 열폭주가 발생하게 되며, 내부 단락의 경우 가장 일반적인 열폭주의 원인으로 도 1과 같이 모든 이상조건에서 내부단락이 발생하게 된다. 리튬이온전지는 음극과 양극 사이에 분리막이 존재하는데 분리막이 손상되면 음극과 양극이 서로 접촉하면서 저장된 전기화학적 에너지가 발열과 함께 자발적으로 방출된다.Thermal runaway in lithium-ion batteries occurs due to mechanical abnormal conditions, electrical abnormal conditions, thermal abnormal conditions, and internal short circuits. Mechanical abnormal conditions mean that thermal runaway occurs due to deformation, etc., caused by corrosion, collision, and penetration of the lithium-ion battery. Electrical abnormal conditions include external short circuit, overcharge, and overdischarge. Electrical abnormal conditions increase the temperature of the lithium-ion battery cell, causing thermal runaway. In a thermal abnormality condition, the temperature of the cell rises due to an external heat source, causing thermal runaway. In the case of an internal short circuit, the most common cause of thermal runaway is an internal short circuit, as shown in FIG. 1. In all abnormal conditions, an internal short circuit occurs. Lithium-ion batteries have a separator between the cathode and anode. When the separator is damaged, the anode and cathode come into contact with each other, and the stored electrochemical energy is spontaneously released along with heat generation.
이러한 현상은 리튬이온전지의 열폭주에 직접적이 원인이 된다.This phenomenon directly causes thermal runaway of lithium-ion batteries.
내부단락의 시작온도는 분리막 붕괴온도와 관련이 있다. 분리막 붕괴는 PE 분리막은 약 130℃, PP 분리막은 약 170℃에서 발생할 수 있다. 세라믹 분리막의 경우 더 높은 온도에서 붕괴가 발생하며 약 200℃에서 나타난다. 리튬이온전지의 열폭주 전이 방지를 위해서는 어느 한 셀에 열폭주가 발생하더라고 주의의 셀에 전이가 되지 않도록 해서, 화재가 발생하는 것을 방지할 필요가 있다.The starting temperature of the internal short circuit is related to the separator collapse temperature. Separator collapse can occur at approximately 130℃ for PE separators and approximately 170℃ for PP separators. In the case of ceramic separators, collapse occurs at a higher temperature, occurring at approximately 200°C. In order to prevent thermal runaway in a lithium-ion battery, it is necessary to prevent fire from occurring by preventing thermal runaway from spreading to the next cell even if thermal runaway occurs in one cell.
따라서 본 발명은 상기와 같은 일반적인 리튬이온전지가 복수로 이루어진 배터리팩에서 특정 셀이 열폭주 발생시 주변 셀에 열폭주 전이가 이루어져 화재가 발생하는 것을 방지하기 위해서 제안된 것으로서, 배터리 팩(Battery pack)의 내부에 발생한 열과 가스가 외부로 방출될 수 있도록 방출통로와 방출밸브를 구현하여 열과 가스가 주위 셀(cell)에 전이되지 않도록 하여 안전성을 확보한 배터리팩의 열폭주 전이 방지장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention was proposed to prevent a fire from occurring due to thermal runaway transfer to surrounding cells when a specific cell thermally runs away in a battery pack composed of a plurality of general lithium ion batteries as described above. Battery pack To provide a thermal runaway transition prevention device for a battery pack that ensures safety by implementing a release passage and release valve so that heat and gas generated inside can be released to the outside to prevent heat and gas from transferring to surrounding cells. It has a purpose.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 "배터리팩의 열폭주 전이 방지장치"는,In order to achieve the above-described object, the “thermal runaway transition prevention device for battery pack” according to the present invention,
복수의 리튬-이온 배터리 셀(Battery cell)로 이루어진 배터리팩에 있어서,In a battery pack consisting of a plurality of lithium-ion battery cells,
상기 배터리팩 내부의 배터리 셀로부터 발생한 열과 가스를 이동시키는 통로인 방출 통로;a discharge passage that moves heat and gas generated from battery cells within the battery pack;
상기 방출 통로를 따라 이동하는 열과 가스를 배터리팩의 밖으로 방출하기 위한 개폐 밸브;an opening/closing valve for discharging heat and gas moving along the discharge passage to the outside of the battery pack;
상기 배터리팩 내부의 배터리 셀의 온도를 검출하는 셀 온도 검출기; 및a cell temperature detector that detects the temperature of battery cells inside the battery pack; and
상기 셀 온도 검출기에서 검출한 배터리 셀 온도가 설정 온도 이상이 되면 열폭주로 판단을 하고, 상기 개폐 밸브를 개방시켜 배터리 팩 내부의 열과 가스가 배터리 팩 외부로 방출되도록 하여 열폭주 전이를 방지하는 배터리 관리 시스템(BMS)을 포함하는 것을 특징으로 한다.A battery that determines thermal runaway when the battery cell temperature detected by the cell temperature detector exceeds the set temperature and opens the on/off valve to allow heat and gas inside the battery pack to be released to the outside of the battery pack to prevent thermal runaway transition. It is characterized by including a management system (BMS).
상기에서 방출 통로는 배터리 셀과 일대일 대응하도록 구현되는 것을 특징으로 한다.In the above, the discharge passage is characterized in that it is implemented in one-to-one correspondence with the battery cell.
상기에서 개폐 밸브는 상기 방출 통로와 일대일 대응하도록 구현되며, 전자식 밸브로 구현된 것을 특징으로 한다.In the above, the opening/closing valve is implemented to have a one-to-one correspondence with the discharge passage, and is characterized as being implemented as an electronic valve.
상기에서 배터리 관리 시스템은 열폭주 판단시 열폭주가 감지된 배터리 셀에 대응하는 개폐밸브만 선택적으로 개방하여 열폭주 전이를 방지하는 것을 특징으로 한다.In the above, the battery management system is characterized by preventing thermal runaway transition by selectively opening only the on/off valves corresponding to the battery cells in which thermal runaway is detected when determining thermal runaway.
상기에서 배터리 관리 시스템은 열폭주 판단시 모든 배터리 셀의 개폐밸브를 동시에 개방하여 열폭주 전이를 방지하는 것을 특징으로 한다.As described above, the battery management system is characterized in that when thermal runaway is determined, the on-off valves of all battery cells are opened simultaneously to prevent thermal runaway transition.
본 발명에 따르면 배터리 팩(Battery pack)의 내부에 발생한 열과 가스가 외부로 방출될 수 있도록 방출통로와 방출밸브를 구현하여, 특정 배터리 셀에서 열폭주 발생 시 열과 가스가 주위 셀(cell)에 전이되지 않도록 하여 안전성을 도모해주는 효과가 있다.According to the present invention, a release passage and a release valve are implemented so that heat and gas generated inside the battery pack can be released to the outside, so that when thermal runaway occurs in a specific battery cell, the heat and gas are transferred to the surrounding cells. It has the effect of promoting safety by preventing it from happening.
도 1은 리튬이온전지를 이용한 배터리 팩에서 내부 단락시 열폭주 원인 예시도이고,
도 2는 본 발명에 따른 배터리 팩의 열폭주 전이 방지장치의 구성도이며,
도 3은 본 발명에서 배터리 팩의 열폭주 발생시 개폐 밸브 작동 구조도이고,
도 4는 본 발명에서 배터리 팩의 열폭주 발생시 개폐밸브 제어 구성도이다.Figure 1 is an example of the cause of thermal runaway during an internal short circuit in a battery pack using a lithium-ion battery.
Figure 2 is a configuration diagram of a device for preventing thermal runaway of a battery pack according to the present invention;
Figure 3 is a structural diagram of the opening and closing valve operation when thermal runaway of the battery pack occurs in the present invention;
Figure 4 is a configuration diagram of the on-off valve control when thermal runaway of the battery pack occurs in the present invention.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배터리팩의 열폭주 전이 방지장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a device for preventing thermal runaway of a battery pack according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
이하에서 설명되는 본 발명에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 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.The terms or words used in the present invention described below should not be construed as limited to their usual or dictionary meanings, and the inventor may appropriately define the concept of the term in order to explain his or her invention in the best way. It must be interpreted with meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be done.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, 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 the entire technical idea of the present invention, and therefore various equivalents and It should be understood that variations may exist.
도 2는 본 발명에 따른 배터리 팩의 열폭주 전이 방지장치의 구성도이며, 도 3은 본 발명에서 배터리 팩의 열폭주 발생시 개폐 밸브 작동 구조도이고, 도 4는 본 발명에서 배터리 팩의 열폭주 발생시 개폐밸브 제어 구성도이다.Figure 2 is a configuration diagram of a device for preventing thermal runaway of a battery pack according to the present invention, Figure 3 is a structural diagram of an opening/closing valve operation when thermal runaway of a battery pack occurs in the present invention, and Figure 4 is a diagram showing the structure of a device for preventing thermal runaway of a battery pack according to the present invention. This is the on/off valve control configuration diagram.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배터리 팩의 열폭주 전이 방지장치는, 배터리 팩(1), 리튬-이온 배터리 셀(11 - 13), 방출 통로(21 - 23), 개폐 밸브(31 - 33), 셀 온도 검출기(40) 및 배터리 관리 시스템(BMS)(50)을 포함할 수 있다.The device for preventing thermal runaway of a battery pack according to a preferred embodiment of the present invention includes a battery pack (1), lithium-ion battery cells (11 - 13), discharge passages (21 - 23), and opening and closing valves (31 - 33). , may include a cell temperature detector 40 and a battery management system (BMS) 50.
배터리 팩(1)에는 복수의 리튬-이온 배터리 셀(Li - ion Battery cell)(11 -13)이 적절한 위치에 내장될 수 있다. 이하, 배터리 셀은 리튬-이온 배터리 셀을 의미한다.The battery pack 1 may have a plurality of lithium-ion battery cells (Li-ion battery cells) (11-13) built into an appropriate location. Hereinafter, battery cell refers to a lithium-ion battery cell.
본 발명에서는 하나의 배터리 팩(1)에 3개의 배터리 셀(11 - 13)이 구비된 것을 실시 예로 설명하나, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니며, 더 적은 수의 배터리 셀이 내장되거나 더 많은 수의 배터리 셀이 내장된 배터리 팩에도 동일하게 적용할 수 있음을, 당해 분야의 통상의 기술자에게 자명하다 할 것이다.In the present invention, one battery pack (1) is provided with three battery cells (11 - 13) as an example, but the present invention is not limited to this, and fewer battery cells are built in or more battery cells are installed. It will be obvious to those skilled in the art that the same can be applied to a battery pack with a number of battery cells built-in.
방출 통로(21 - 23)는 상기 배터리 팩(1) 내부의 특정 배터리 셀로부터 발생한 열과 가스를 이동시키는 통로 역할을 한다. 이러한 방출 통로(21 - 23)는 열폭주 발생시 생성된 고온의 열과 가스에도 변형 또는 파괴되지 않고 견딜 수 있는 재질로 구현하는 것이 바람직하다. 방출 통로(21 - 23)는 배터리 셀의 벤트 오픈(Vent open) 구조 위에 설치하여 배터리 팩의 외부와 연결되어 방출될 수 있는 경로로 설치할 수 있다.The discharge passages 21 - 23 serve as passages for moving heat and gas generated from specific battery cells within the battery pack 1. These discharge passages 21 - 23 are preferably made of a material that can withstand high temperature heat and gas generated when thermal runaway occurs without being deformed or destroyed. The discharge passages 21 - 23 can be installed on the vent open structure of the battery cell to connect to the outside of the battery pack and be installed as a path for discharge.
상기 방출 통로(21 - 23)는 배터리 셀(11 - 13)과 일대일 대응하도록 구현될 수 있다.The discharge passages 21 - 23 may be implemented to correspond one-to-one with the battery cells 11 - 13.
개폐 밸브(31 - 33)는 상기 방출 통로(21 - 23)를 따라 이동하는 열과 가스를 배터리 팩(1)의 밖으로 방출하는 역할을 한다. 이러한 개폐 밸브(31 - 33)는 비작동시 외부로부터 기밀(방수, 방진)이 이루어지는 밸브일 수 있다. 상기 개폐 밸브(31 - 33)는 상기 방출 통로(21 - 23)와 일대일 대응하도록 구현되며, 전지 신호(전압, 전류)에 의해 동작 가능한 전자식 밸브로 구현될 수 있다.The opening/closing valves 31 - 33 serve to discharge heat and gas moving along the discharge passages 21 - 23 out of the battery pack 1. These open/close valves 31 - 33 may be valves that are airtight (waterproof, dustproof) from the outside when not in operation. The opening and closing valves 31 - 33 are implemented to correspond one-to-one with the discharge passages 21 - 23, and may be implemented as electronic valves operable by battery signals (voltage, current).
셀 온도 검출기(40)는 상기 배터리 팩(1) 내부의 배터리 셀(11 - 13)의 온도를 검출하여 배터리 관리 시스템(50)에 전달하는 역할을 한다. 여기서 셀 온도 검출기(40)는 배터리 팩(1)에 내장된 모든 배터리 셀에 대하여 개별적으로 배터리 셀의 온도를 검출하거나, 배터리 팩 내부의 온도를 배터리 셀의 온도로 검출할 수 있다. 본 발명에서는 배터리 셀 각각의 온도를 검출하는 것으로 설명하나, 이것에 한정되는 것은 아니다.The cell temperature detector 40 detects the temperature of the battery cells 11 to 13 inside the battery pack 1 and transmits the temperature to the battery management system 50. Here, the cell temperature detector 40 can individually detect the temperature of all battery cells built in the battery pack 1, or can detect the temperature inside the battery pack as the temperature of the battery cells. The present invention is described as detecting the temperature of each battery cell, but is not limited to this.
배터리 관리 시스템(50)은 상기 셀 온도 검출기(40)에서 검출한 배터리 셀 온도가 설정 온도 이상이 되면 열폭주로 판단을 하고, 상기 개폐 밸브(31 - 33)를 개방시켜 배터리 팩(1) 내부의 열과 가스가 배터리 팩(1) 외부로 방출되도록 하여 열폭주 전이를 방지하는 역할을 한다.The battery management system 50 determines thermal runaway when the battery cell temperature detected by the cell temperature detector 40 exceeds the set temperature, and opens the on-off valves 31 to 33 to allow the inside of the battery pack 1 to open. It serves to prevent thermal runaway by allowing heat and gas to be released to the outside of the battery pack (1).
이러한 배터리 관리 시스템(50)은 열폭주 판단시 열폭주가 감지된 배터리 셀에 대응하는 개폐밸브만 선택적으로 개방하여 열폭주 전이를 방지하거나, 열폭주 판단시 모든 배터리 셀의 개폐밸브를 동시에 개방하여 열폭주 전이를 방지할 수 있다.This battery management system 50 prevents thermal runaway transition by selectively opening only the on/off valves corresponding to the battery cells in which thermal runaway is detected when determining thermal runaway, or simultaneously opens the on/off valves of all battery cells when determining thermal runaway. Thermal runaway transition can be prevented.
이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배터리 팩의 열폭주 전이 방지장치의 동작을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The operation of the thermal runaway transition prevention device for a battery pack according to a preferred embodiment of the present invention configured as described above will be described in detail as follows.
먼저, 복수의 리튬-이온 배터리 셀(Li - ion Battery cell)(11 -13)이 적절한 위치에 내장된 배터리 팩(1)을 특정 제품에 장착하여 사용을 시작하면, 셀 온도 검출기(40)에서 내장된 각각의 셀의 온도를 검출하여 배터리 관리 시스템(50)에 전달한다.First, when a battery pack (1) with a plurality of lithium-ion battery cells (11 -13) built in an appropriate location is mounted on a specific product and begins to be used, the cell temperature detector (40) The temperature of each built-in cell is detected and transmitted to the battery management system 50.
상기 배터리 관리 시스템(50)은 셀 온도 검출기(40)로부터 검출된 각각의 배터리 셀의 온도와 열폭주를 판단하기 위해 미리 설정된 설정 온도(배터리 팩의 크기, 내장된 배터리 셀의 개수 등에 따라 가변적으로 설정될 수 있음)를 각각 비교한다. 즉, 제1 배터리 셀의 검출 온도와 설정 온도를 비교하고, 제2 배터리 셀의 검출 온도와 설정 온도를 비교하고, 제3 배터리 셀의 검출 온도와 설정 온도를 비교하는 방식으로, 특정 배터리 셀의 열폭주를 판단한다.The battery management system 50 determines the temperature and thermal runaway of each battery cell detected by the cell temperature detector 40 by setting a preset temperature (variably depending on the size of the battery pack, the number of built-in battery cells, etc. (can be set) are compared respectively. That is, the detection temperature of the first battery cell is compared with the set temperature, the detection temperature of the second battery cell is compared with the set temperature, and the detection temperature of the third battery cell is compared with the set temperature. Determine thermal runaway.
이어, 상기 배터리 관리 시스템(50)은 상기 셀 온도 검출기(40)에서 검출한 특정 배터리 셀 온도가 상기 설정 온도 이상이 되면 열폭주로 판단을 하고, 상기 열폭주가 감지된 배터리 셀에 대응하는 개폐밸브를 개방하도록 개폐 밸브(31 - 33)를 제어한다. 여기서 배터리 관리 시스템(50)은 열폭주가 감지된 배터리 셀(예를 들어, 11)에 대응하는 개폐밸브(31)만 선택적으로 개방하여 열폭주 전이를 방지하거나, 열폭주 판단시 모든 배터리 셀의 개폐밸브(31 - 33)를 동시에 개방하여 열폭주 전이를 방지할 수 있다.Subsequently, the battery management system 50 determines thermal runaway when the temperature of a specific battery cell detected by the cell temperature detector 40 exceeds the set temperature, and opens and closes the battery cell corresponding to the battery cell for which thermal runaway was detected. Control the open/close valves (31 - 33) to open the valves. Here, the battery management system 50 prevents thermal runaway transition by selectively opening only the on-off valve 31 corresponding to the battery cell (for example, 11) for which thermal runaway has been detected, or when thermal runaway is determined, all battery cells are closed. Thermal runaway transition can be prevented by simultaneously opening the on-off valves (31 - 33).
상기 개폐밸브(31)의 개방 제어시, 상기 개폐밸브(31)에 연결된 방출 통로(21)에 유기된 열과 가스는 방출 통로(21)와 연결된 개폐밸브(31)를 통해 배터리 팩(1)의 외부로 방출된다. 여기서 방출 통로(21)는 배터리 셀(11)에서 열폭주로 발생한 열과 가스가 다른 셀로 전이되지 않고 포집되도록 구현되어 있다.When controlling the opening of the on-off valve 31, the heat and gas induced in the discharge passage 21 connected to the on-off valve 31 are discharged from the battery pack 1 through the on-off valve 31 connected to the discharge passage 21. released to the outside. Here, the discharge passage 21 is implemented so that heat and gas generated by thermal runaway in the battery cell 11 are collected without being transferred to other cells.
만약, 열폭주가 제1 및 제2 배터리 셀(11 - 12)에서 검출된 경우, 제1 및 제2 개폐밸브(31 - 32)를 동시에 개방하여, 제1 및 제2 방출통로(21 - 22)에 각각 유기된 열과 가스를 배터리 팩(1)의 외부로 방출하게 된다.If thermal runaway is detected in the first and second battery cells (11 - 12), the first and second opening/closing valves (31 - 32) are opened simultaneously to discharge the first and second discharge passages (21 - 22). ), respectively, the heat and gas induced therein are released to the outside of the battery pack (1).
이와 같이 본 발명은 특정 배터리 셀의 열폭주가 발생하여 열과 가스가 발생할 시, 해당 배터리 셀과 연결된 방출 통로를 통해 발생한 열과 가스를 유기하고, 방출 통로와 연결된 개폐 밸브를 개방하여 상기 방출 통로를 통해 유기된 열과 가스를 배터리 팩의 밖으로 방출시킴으로써, 특정 배터리 셀에서 발생한 열폭주가 다른 배터리 셀로 전이되는 것을 방지할 수 있으며, 동시에 열폭주로 인한 열과 가스를 배터리 팩의 외부로 방출시킴으로써, 배터리 팩의 화재가 발생하는 것도 방지할 수 있어, 안전성을 확보할 수 있다.In this way, the present invention, when thermal runaway of a specific battery cell occurs and heat and gas are generated, the heat and gas generated through the discharge passage connected to the relevant battery cell are induced, and the opening and closing valve connected to the discharge passage is opened to allow the heat and gas to pass through the discharge passage. By discharging organic heat and gas to the outside of the battery pack, thermal runaway occurring in a specific battery cell can be prevented from transferring to other battery cells. At the same time, by discharging heat and gas caused by thermal runaway to the outside of the battery pack, It can also prevent fires from occurring and ensure safety.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.Although the invention made by the present inventor has been described in detail according to the above embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various changes can be made without departing from the gist of the invention, as is known in the art. It is self-evident to those who have.
1: 배터리 팩
11 - 13: 배터리 셀
21 - 23: 방출 통로
31 - 33: 개폐밸브
40: 셀 온도 검출기
50: 배터리 관리 시스템1: Battery pack
11 - 13: Battery cells
21 - 23: Emission passageway
31 - 33: Open/close valve
40: Cell temperature detector
50: Battery management system
Claims (5)
상기 배터리팩 내부의 배터리 셀로부터 발생한 열과 가스를 이동시키는 통로인 방출 통로;
상기 방출 통로를 따라 이동하는 열과 가스를 배터리팩의 밖으로 방출하기 위한 개폐 밸브;
상기 배터리팩 내부의 배터리 셀의 온도를 검출하는 셀 온도 검출기; 및
상기 셀 온도 검출기에서 검출한 온도가 설정 온도 이상이 되면 열폭주로 판단을 하고, 상기 개폐 밸브를 개방시켜 배터리팩 내부의 열과 가스가 배터리팩 외부로 방출되도록 하여 열폭주 전이를 방지하는 배터리 관리 시스템(BMS)을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리팩의 열폭주 전이 방지장치.
In a battery pack consisting of a plurality of lithium-ion battery cells,
a discharge passage that moves heat and gas generated from battery cells within the battery pack;
an opening/closing valve for discharging heat and gas moving along the discharge passage to the outside of the battery pack;
a cell temperature detector that detects the temperature of battery cells inside the battery pack; and
A battery management system that determines thermal runaway when the temperature detected by the cell temperature detector exceeds the set temperature and opens the on/off valve to allow heat and gas inside the battery pack to be released to the outside of the battery pack to prevent thermal runaway transition. A thermal runaway prevention device for a battery pack comprising a (BMS).
The device for preventing thermal runaway transition of a battery pack in claim 1, wherein the discharge passage is implemented to correspond one-to-one with the battery cell.
In claim 1, the opening/closing valve is implemented to have a one-to-one correspondence with the discharge passage, and is a thermal runaway transition prevention device for a battery pack, characterized in that it is implemented as an electronic valve.
In claim 1, the battery management system is a thermal runaway transition prevention device for a battery pack, characterized in that when determining thermal runaway, the thermal runaway transition is prevented by selectively opening only the on/off valves corresponding to the battery cells in which thermal runaway is detected.
Priority Applications (1)
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| KR1020220132351A KR20240052378A (en) | 2022-10-14 | 2022-10-14 | Thermal runaway prevention device of battery pack |
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