WO2018066728A1 - Method and device for suppressing combustion inside battery pack - Google Patents

Method and device for suppressing combustion inside battery pack Download PDF

Info

Publication number
WO2018066728A1
WO2018066728A1 PCT/KR2016/011190 KR2016011190W WO2018066728A1 WO 2018066728 A1 WO2018066728 A1 WO 2018066728A1 KR 2016011190 W KR2016011190 W KR 2016011190W WO 2018066728 A1 WO2018066728 A1 WO 2018066728A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
battery pack
air
illuminance
sensor
blocking
Prior art date
Application number
PCT/KR2016/011190
Other languages
French (fr)
Korean (ko)
Inventor
박필구
Original Assignee
주식회사 피엠그로우
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 피엠그로우 filed Critical 주식회사 피엠그로우
Priority to PCT/KR2016/011190 priority Critical patent/WO2018066728A1/en
Publication of WO2018066728A1 publication Critical patent/WO2018066728A1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572Means for preventing undesired use or discharge
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30Arrangements for facilitating escape of gases
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Definitions

  • the present disclosure relates to a method and apparatus for suppressing combustion inside a battery pack.
  • a battery pack stores a plurality of battery modules including a plurality of battery cells in a housing, and connects a plurality of battery modules included in one or more housings in series, in parallel, or in parallel to provide a voltage or current required by a load. Is made.
  • Lithium batteries using lithium ions are used in terms of performance and efficiency. Lithium batteries have a risk of fire or explosion, so care must be taken in handling them.
  • An object of the present invention for solving the above problems, by detecting the change in the illumination of the inside of the battery pack to block the air flowing into the outside from inside the battery pack, which can effectively suppress the combustion inside the battery pack, It is to provide an internal combustion suppression method.
  • Another object of the present invention is to provide a combustion suppression apparatus inside a battery pack, which can effectively block external air introduced into the battery pack according to a change in illuminance inside the battery pack.
  • a method of suppressing combustion in a battery pack by using a sensor coupled to a battery pack, acquiring a signal for a change in illuminance in the battery pack, and Blocking air flow inside and outside the battery pack through a fire suppression device coupled to the battery pack in response to the recognized signal level.
  • the senor includes an illuminance sensor, the illuminance sensor detects a change in illuminance of the first illuminance or more within the battery pack, and the first illuminance may be l lux.
  • the method of suppressing battery pack combustion further includes the step of forming the inside of the battery pack in a vacuum or vibrating state after the blocking step, wherein the vibrating state includes the amount of air in the battery pack and the amount of air consumed by combustion. Even if it may include a state lower than the amount of air in the blocking step.
  • Combustion suppression apparatus inside the battery pack is coupled to the battery pack and the input terminal receives a signal from the sensor for detecting the change in illumination of the battery pack, and the sensor coupled to the battery pack and output in accordance with the change in illumination And a control unit for blocking air inflow from the outside of the battery pack in response to the signal, wherein the control unit blocks an air circulation passage connecting the outside and the inside of the battery pack.
  • the combustion suppression apparatus inside the battery pack may further include an air hole pump coupled to the battery pack.
  • the control unit may control the air ball pump after blocking the inflow of air to form the inside of the battery pack in a vacuum or excited hole state.
  • the excited air condition may include a state in which the amount of air in the battery pack is lower than the amount of air in the blocking step, even when the amount of air consumed by combustion is taken into consideration.
  • the combustion suppression apparatus inside the battery pack may further include a foam injection device coupled to the outside of the battery pack.
  • the foam injection device may include a plurality of nozzles installed adjacent to the plurality of air circulation passages of the battery pack.
  • the controller may control the foam injection device in response to the signal of the sensor.
  • the foam spraying apparatus may cover the air circulation passages by spraying a foam including inert and curable material on the plurality of air circulation passages through the plurality of nozzles under the control of the controller.
  • the inside of the battery pack is instantaneously vacuumed to suppress combustion or extinguish the fire.
  • a significant portion of the battery can be reused.
  • a sensor for detecting an illumination intensity inside a battery pack having a relatively low illuminance may be used. Detecting the start of fire has a significant advantage in detecting performance compared to temperature sensors.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a battery pack to which a combustion suppression apparatus inside a battery pack is applied according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of suppressing combustion inside a battery pack according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a method of suppressing combustion inside a battery pack according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a combustion suppression method inside a battery pack according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an exemplary diagram of an illuminance sensor that may be employed in the battery pack of FIG. 1.
  • FIG. 6 is a circuit diagram of the illuminance sensor of FIG. 5.
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating a battery pack to which a combustion suppression apparatus inside a battery pack is applied, according to another exemplary embodiment.
  • FIG. 8 is a view for explaining the use of the battery pack according to the present embodiment.
  • FIG. 9 is a partially exploded perspective view of the battery pack of FIG. 8.
  • first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a battery pack to which a combustion suppression apparatus inside a battery pack is applied according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the battery pack 100 includes a plurality of battery modules 10 and a housing 20 accommodating the battery modules 10.
  • the battery pack 100 may further include a battery management system (BMS) 15.
  • BMS battery management system
  • the battery pack 100 may include at least one or more sensors, and may further include a pipe forming an air flow path inside and outside the battery pack 100 through an opening of the housing. It may further include a vacuum pump 40 coupled to the opening of the pack 100 to block the air flow passage or to discharge the air inside the battery pack to the outside depending on the implementation.
  • the battery module 10 may include a plurality of battery cells (hereinafter, also referred to as 'cells').
  • the plurality of battery cells may be connected in series, in parallel or in parallel.
  • the cell may comprise a lithium ion battery.
  • the housing 20 protects the battery module 10 and the BMS 15 and the like, and may be manufactured in a form suitable for transport or use of the battery pack 100.
  • the housing 20 may be made of a material of a certain strength or more for protection of the internal configuration.
  • the housing 20 may be referred to as a case or a battery case.
  • the housing 20 may be provided with components for allowing air to circulate in a natural convection or forced flow manner between the interior and the exterior.
  • Such components may be referred to as air flow channels, and may include at least one or more openings or ducts / pipings that couple to these openings.
  • the BMS 15 detects a voltage (V), a temperature (T), state information (S1), etc. of a plurality of cells in the battery module, and a control signal (S2) or a signal (Sn) for cell balancing according to the detected information. You can output In addition, the BMS 15 may transmit or receive predetermined data through communication with a master BMS or a higher / top BMS.
  • the BMS 15 may be mounted in each battery module 10, and may further include a master BMS mounted in the battery pack 100 according to an implementation.
  • the master BMS communicates with slave BMSs mounted in each battery module 10 and may receive sensing information and status information from them or transmit cell balancing signals thereto.
  • the master BMS may communicate with the highest BMS outside the battery pack 100 and transmit and receive a predetermined signal or data.
  • the sensor may include an illuminance sensor for detecting a change in illuminance inside the battery pack 100.
  • the sensor comprises two first illuminance sensor groups 70a, two second illuminance sensor groups 70b, two third illuminance sensor groups 70c, and two fourth illuminance sensor groups 70d. Include.
  • the illumination sensor group When the illumination sensor group is used, when an illumination change of a certain area inside the battery pack 100 is detected, an abnormality occurs or a failure occurs in one illumination sensor by comparing signal levels from sensors in the group. Status can be determined. In addition, the use of the illumination sensor group can reduce the detection error or malfunction due to the performance difference of the individual illumination sensor by using the average of the signal level of the sensors in the group.
  • the vacuum pump 40 coupled to the battery pack 100 is a device for removing air molecules in the battery pack 100 when the battery pack 100 has an airtight container structure.
  • the vacuum pump 40 may serve as a blocking unit to block the air flow in the opening to which the vacuum pump 40 is coupled in the battery pack 100.
  • the vacuum pump 40 is shown to occupy all the middle portions of one pipe, but the present invention is not limited to such a configuration, and the vacuum pump 40 is not limited to the intake pipe of at least two pipes (for example, an intake pipe and an exhaust pipe). It may include a structure in which the first portion is coupled and the second portion is coupled to the exhaust pipe.
  • the first portion may include a valve structure such as a solenoid valve capable of blocking the intake pipe
  • the second portion may include a vacuum pump structure installed in the exhaust pipe.
  • the vacuum pump structure may have a structure such as a rotary vane pump, a rotary piston pump, a rotary gear pump, a piston pump, a diaphragm pump, a roots pump, a water seal pump (including a rotor blade and a cylinder having several wings), and the like.
  • the vacuum pump 40 may discharge the air inside the battery pack 100 under the control of the controller to form the inside of the battery pack 100 in a vacuum or false vacuum state.
  • the controller may be a combustion suppression function that is additionally mounted to a controller or a processor in the BMS 15.
  • the BMS 15 may store a program or a software module implementing the combustion suppression method in the battery pack in a memory, and according to the implementation, the BMS 15 or its controller or processor may include a battery pack. It may be referred to as an internal combustion suppression device.
  • the combustion control device inside the battery pack may be implemented to control the operation of the air pump 40 functioning as a fire suppression device or a foam injection device described later.
  • the above-described vacuum may refer to a state in which a gas pressure in the internal space of the battery pack 100 is lower than atmospheric pressure, that is, a molecular density is less than about 2.5 ⁇ 10 19 molecules / cm 3.
  • the vacuum state inside the battery pack 100 may vary according to the altitude of the place where the battery pack 100 is used.
  • a false vacuum may refer to a field having a pressure lower than atmospheric pressure or lower than the air pressure at a predetermined time point inside the battery pack.
  • the excitation holes may correspond to low vaccum at levels below 1 bar and above 10 ⁇ 5 bar.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a method of suppressing combustion inside a battery pack according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • a method of suppressing combustion inside a battery pack according to the present embodiment is as follows.
  • the combustion suppression apparatus or the control unit detects a change in illuminance inside the battery pack (S10).
  • the controller may be at least some of the functional units of the BMS disposed inside or outside the battery pack, or may be a component that performs an operation corresponding to the functional units.
  • the combustion suppression device may comprise a BMS.
  • the controller may be a separate control device, and may be at least some functional units or components installed in a computer terminal, a smartphone, or the like of an administrator or a user, depending on the implementation.
  • the combustion suppression apparatus may include at least some functional units or components of a computer terminal or a smartphone.
  • the illuminance sensor may be equipped with a wireless communication module (for example, Bluetooth) and transmit sensing information to a computer terminal or a smartphone outside the battery pack via a wireless network.
  • a computer terminal or a smartphone that interoperates with a system that detects a danger, such as a fire of the battery pack, may control a control signal for checking the state of the battery pack, suppressing combustion inside the battery pack, or extinguishing a fire based on the received detection information. Can be transferred to the corresponding battery pack side.
  • the control signal can be used to control the operation of the fire suppression apparatus.
  • the illuminance level which is a criterion of the illuminance change, may be set to a case where a predetermined level or more is brighter than the normal illuminance based on the structure of the battery pack.
  • the illuminance sensor or the group adjacent to the opening or in the brightest area and the reference of the illuminance sensor or the group farthest from the opening and in the darkest area Levels can be set differently.
  • the reference level of at least one illuminance sensor group installed inside the battery pack may be set the same.
  • combustion refers to a phenomenon of emitting heat and radiating light, it is easy to detect a change in illuminance when combustion occurs, but it is not easy to detect a change in illuminance when only heat is emitted as a state immediately before combustion.
  • a paint containing fluorescent and / or phosphorescent materials that emit heat is applied to the inner wall of the housing, the outside of the battery pack, the position facing the illumination sensor on the inside of the housing, and the like. It may include.
  • the application area may be a small area of 1 cm 2 or less, in which case the illuminance sensor may be set to have the area to which the paint is applied as the main monitoring area.
  • Blocking the inflow of air from the outside of the battery pack may include blocking an air flow path such as an opening of the housing of the battery pack to prevent outside air from entering the battery pack. This blocking process may be performed through the vacuum pump described above or the foam cutting device described below.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a method of suppressing combustion inside a battery pack according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • a change in illumination intensity inside the battery pack is detected based on a signal obtained from an illumination sensor installed inside the battery pack (S10).
  • detection illuminance detection illuminance
  • reference illuminance S12
  • the illuminance changes in the individual sensor groups coincide with each other within a predetermined error range (S14). According to this determination process, when an error occurs in any one of the illuminance sensors installed in the battery pack, the sensor failure signal for at least one sensor of the corresponding sensor group may be output (S16). In addition, since other sensors in the sensor group can detect whether there is a sensor abnormality, it is possible to prevent a malfunction of the combustion suppression device due to the sensor signal.
  • the air inside the battery pack is discharged to exhaust the air inside the battery pack. It may be formed in a vacuum or excited state (S30).
  • the formation of the vacuum / vacuum state may be performed when the specific conditions described above are met or when a specific event occurs, but is not limited thereto.
  • the vacuum / vacuum state may be immediately performed after the blocking process for rapid combustion suppression.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating a combustion suppression method inside a battery pack according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • the method of suppressing combustion in the battery pack according to the present exemplary embodiment may be substantially the same as the method described with reference to FIG. 3 except that the process of forming a vacuum / vacuum state is specified. Therefore, detailed description of the overlapping process will be omitted.
  • the vacuum degree inside the battery pack is greater than or equal to the reference vacuum degree (S34).
  • a degree of vacuum determination may be performed through a vacuum gauge attached to a vacuum pump, and may be transmitted to the controller by a sensor coupled to the vacuum gauge.
  • the control unit resumes the air releasing operation of the vacuum pump or maintains the existing releasing operation state and returns to the previous air releasing step so that an additional amount of air is discharged to the outside of the battery pack. Can go (S32).
  • the battery pack state information such as temperature and voltage may be checked again in addition to the illumination change detection.
  • FIG. 5 is an exemplary diagram of an illuminance sensor that may be employed in the battery pack of FIG. 1.
  • an illuminance sensor that can be employed in the combustion suppression apparatus in the battery pack according to the present embodiment includes a sensor main body and a sensing unit 70, and the sensing unit 70 includes a substrate 71 and a lead wire. 72, a filament 73 and a cover 75 are provided.
  • the sensor body may be a device (or a circuit) that detects a parameter change such as a voltage, a resistance, or the like and outputs the parameter change according to a change in the state of the filament.
  • the substrate 71 may be a plastic or metal substrate, and may have various shapes such as a disk shape, a polygonal plate shape, a square plate shape, and the like.
  • a pair of lead wires 72 may be coupled to the substrate 71.
  • the lead wires 72 may be connected to the sensor body.
  • the filament 73 may be formed of heat treated cadmium sulfide (CdS), and may be disposed on one surface of the substrate 71. Both ends of the filament 73 may be bonded to one end of the pair of lead wires 72 coupled to the substrate 71 and exposed on one surface of the substrate 71.
  • the bonded portion 74 may lie on the substrate 71 in the form of a circle.
  • the cover 75 may be formed of glass or plastic material.
  • the cover 75 may be manufactured at least partially transparent.
  • the cover 75 may be bonded to the substrate 71 through a hermetically shielded material so as to cover one surface of the substrate 71 and the filament 73 is hermetically disposed in a space between the substrate 71 and the substrate 71.
  • the disk-shaped substrate 71 and the disk-shaped cover 75 are integrated in a form in which the disk-shaped substrate 71 is welded to each other at the edge boundary portion 76.
  • the above-described illuminance sensor 70 has no polarity and has a characteristic that the conductivity changes according to the amount of ambient light. That is, the greater the amount of ambient light, the higher the conductivity and the lower the resistance. For example, it may have a resistance of about 10 kW at 10 lux and about 200 kW in a dark room or similar environment.
  • FIG. 6 is a circuit diagram of the illuminance sensor of FIG. 5.
  • the illuminance sensor according to the present embodiment may be driven by a battery power source connected to a lead wire.
  • the sensing unit 70 having the filament is connected to the positive terminal and the negative terminal (or ground terminal) of the battery power source.
  • a resistor R1 for preventing overcurrent may be connected between the sensing unit 70 and the positive terminal.
  • the resistance of the resistor R1 may be about 10 k ⁇ .
  • the voltage division value due to the resistor R1 and the filament resistance in the sensing unit 70 may be output through the output terminal Vout. As the level of illuminance increases and the filament resistance decreases, the voltage at the output stage can increase.
  • FIG. 7 is a block diagram illustrating a battery pack to which a combustion suppression apparatus inside a battery pack is applied, according to another exemplary embodiment.
  • the battery pack 100 includes a housing 20 for accommodating a plurality of battery modules 10, at least one sensor disposed inside the housing 20, and a housing.
  • Foam injection device 50 coupled to the 20 may be included.
  • the housing 20 may have a passive atmospheric circulation structure.
  • a structure may include at least one opening disposed in the housing 20.
  • the atmospheric circulation structure includes a structure in which air passages 22 each including a plurality of openings for allowing air flow between the battery pack 100 and the outside are disposed diagonally in two places of the housing 20. do.
  • the air heated in the battery pack 100 may move along the flow path inside the battery pack and be discharged to the air passage 22, thereby relatively relatively outside the battery pack. Cool air may enter the battery pack through the air passage 22.
  • the senor may include an illuminance sensor that detects a change in illuminance inside the battery pack 100.
  • the sensor comprises two first illuminance sensor groups 70a, two second illuminance sensor groups 70b, two third illuminance sensor groups 70c, and two fourth illuminance sensor groups 70d. It may include, but is not limited to, the number of different positions and / or other sensors according to the size or shape of the housing 20 and / or the size or arrangement of the battery module or BMS housed in the housing 20 It may be arranged in at least one group of.
  • the foam spraying device 50 may spray the foam material stored in a container (not shown) stored in the foam spraying device 50 to the nozzle 60 in response to a control signal of the controller output in response to the signal level detected by the sensor.
  • a container not shown
  • the container of the foam injection device 50 may be a compression container.
  • the foam injection device 50 may be provided with an injection device such as a separate compressor or an actuator for the injection of the foam material.
  • the nozzle 60 is connected to the vessel via a pipe 62 and can be placed in any position through the pipe 62.
  • the nozzle 60 may be disposed at a position adjacent to the air passage 22 or on the air passage 22.
  • the foam spraying device 50 can spray the foam material through the nozzle 60, and the foam material sprayed from the nozzle 60 is the air passage. Covering (22), the foam material is hardened to hermetically seal the air passage (22), whereby the internal space of the battery pack 100 can be in an airtight state.
  • the controller detects this through a sensor and controls the foam injection device to seal all the air passages 22 of the housing 20.
  • the combustion generated inside the housing 20 can act to be automatically extinguished by oxygen deficiency.
  • the rigid foam material can be removed from the air passage 22 by physical force, etc., in which case there is an advantage that most components of the battery pack can be recycled.
  • the battery pack 100 may further include a light emitting material 72 applied to a predetermined region of the inner wall of the housing.
  • the light emitting material 72 may include a phosphor that emits light while being raised to a high energy level by external heat and immediately descending to a low energy level. According to such a configuration, it is possible to suppress the combustion by quickly detecting an abnormal state related to the combustion or the fire inside the battery pack in a temperature rising atmosphere immediately before combustion occurs in the battery pack.
  • FIG. 8 is a view for explaining the use of the battery pack according to the present embodiment.
  • 9 is a partially exploded perspective view of the battery pack of FIG. 8.
  • the battery pack 100A capable of employing the combustion suppression apparatus according to the present embodiment may be a battery pack for an electric bus.
  • the battery pack 100A may be transported through the jig 200 of the battery replacement station and mounted on or separated from the electric bus 300.
  • the side of the battery pack 100A may be provided with a fastening groove 19c to which the jig 200 is fastened.
  • the battery pack 100A may accommodate a total of 14 battery modules arranged in two rows of seven, and may include a sensor disposed between at least some battery modules.
  • the sensor may transmit a sensing signal or a corresponding signal to the BMS or a separate control device.
  • the battery pack 100A may act to block air flow between the inside and the outside of the battery pack when an event is detected through the sensor through a vacuum pump coupled to the housing of the battery pack for air flow.
  • Foam injection devices may be used to block air flow.
  • the air inside the battery pack may be discharged to the outside through the vacuum pump to form the inside of the battery pack in a vacuum or a hollow state.
  • the vacuum pump and the foam ejection apparatus are exemplarily used independently, but the present invention is not limited to such a configuration, and of course, the vacuum pump and the foam ejection apparatus may be combined.
  • the foam injector is shown as being disposed outside the housing, but the present invention is not limited to such a configuration, and the shape of the housing may be modified to accommodate the foam injector at one side of the housing. It is possible. In this case, the nozzle may be located inside the air passage through the pipe at the inner wall of the housing.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)

Abstract

A method and a device for suppressing combustion inside a battery pack are disclosed. The method for suppressing combustion comprises the steps of: acquiring a signal for a change in illuminance inside the battery pack by using a sensor coupled to the battery pack; and cutting off the flow of air between the inside and the outside of the battery pack through a fire suppression device coupled to the battery pack in response to a signal level recognized according to the change in illuminance.

Description

배터리 팩 내부의 연소 억제 방법 및 장치Method and device for suppressing combustion inside the battery pack
본 개시는 배터리 팩 내부의 연소 억제 방법 및 장치에 관한 것이다.The present disclosure relates to a method and apparatus for suppressing combustion inside a battery pack.
최근, 자동차 분야, 에너지 저장 장치 분야 등에서 배터리 팩(battery packs)을 사용하여 전원 시스템을 구축하는 경우가 크게 증가하고 있다. 일반적으로 배터리 팩은 복수의 배터리 셀들로 이루어진 배터리 모듈 복수개를 하우징 내에 수납하고, 하나 이상의 하우징에 포함된 복수의 배터리 모듈들을 직렬, 병렬 또는 직병렬로 연결하여 부하에서 요구하는 전압이나 전류를 제공하도록 만들어진다.Recently, in the automobile field, energy storage device, and the like, the construction of a power system using battery packs has been greatly increased. In general, a battery pack stores a plurality of battery modules including a plurality of battery cells in a housing, and connects a plurality of battery modules included in one or more housings in series, in parallel, or in parallel to provide a voltage or current required by a load. Is made.
배터리 팩에는 성능 및 효율 측면에서 리튬이온을 이용하는 리튬전지가 많이 사용되고 있는데, 리튬전지는 화재나 폭발의 위험이 있어 그 취급에 주의를 기울여야 한다.In the battery pack, many lithium batteries using lithium ions are used in terms of performance and efficiency. Lithium batteries have a risk of fire or explosion, so care must be taken in handling them.
특히, 하이브리드 자동자나 전기 자동차의 운행 상태와 같이 진동이나 충격이 빈번한 혹독한 환경에서 배터리 팩을 사용하는 경우, 배터리 팩의 안전성 확보는 매우 중요한 문제가 된다.In particular, when the battery pack is used in a harsh environment where vibrations or shocks are frequent such as a driving state of a hybrid automobile or an electric vehicle, securing safety of the battery pack is a very important problem.
또한, 에너지 저장 장치의 경우, 전원 용량을 증가시키기 위해 수 개에서 수십 개의 배터리 모듈들을 사용하는 경우가 많다. 그 경우, 배터리 모듈이나 배터리 팩의 화재나 폭발 위험을 방지하기 위해 개별 배터리 모듈이나 배터리 팩에 대한 온도 관리의 중요성은 상당히 커진다.In addition, energy storage devices often use several to tens of battery modules to increase power capacity. In that case, the importance of temperature management for the individual battery modules or battery packs becomes significantly greater in order to prevent the risk of fire or explosion of the battery modules or battery packs.
이와 같이, 리튬이온전지를 사용하는 배터리 모듈이나 배터리 팩에서는 화재나 폭발 등의 위험으로부터 배터리 모듈이나 배터리 팩의 안정성을 보장할 수 있는 방안이 요구되고 있는 실정이다.As described above, in a battery module or a battery pack using a lithium ion battery, there is a demand for a method capable of ensuring the stability of the battery module or the battery pack from a risk of fire or explosion.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 배터리 팩 내부의 조도 변화를 감지함에 따라 배터리 팩 외부에서 내부로 유입되는 공기를 차단하여 배터리 팩 내부의 연소를 효과적으로 억제할 수 있는, 배터리 팩 내부의 연소 억제 방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention for solving the above problems, by detecting the change in the illumination of the inside of the battery pack to block the air flowing into the outside from inside the battery pack, which can effectively suppress the combustion inside the battery pack, It is to provide an internal combustion suppression method.
본 발명의 다른 목적은, 배터리 팩 내부의 조도 변화에 따라 배터리 팩 내부로 유입되는 외부 공기를 효과적으로 차단할 수 있는, 배터리 팩 내부의 연소 억제 장치를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a combustion suppression apparatus inside a battery pack, which can effectively block external air introduced into the battery pack according to a change in illuminance inside the battery pack.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 내부의 연소 억제 방법은, 배터리 팩에 결합된 센서를 이용하여 배터리 팩 내의 조도 변화에 대한 신호를 획득하는 단계, 및 조도 변화에 따라 인식되는 신호 레벨에 응하여 배터리 팩에 결합된 화재진압 장치를 통해 배터리 팩 내부와 외부와의 공기 유동을 차단하는 단계를 포함한다.In accordance with an aspect of the present invention, there is provided a method of suppressing combustion in a battery pack, by using a sensor coupled to a battery pack, acquiring a signal for a change in illuminance in the battery pack, and Blocking air flow inside and outside the battery pack through a fire suppression device coupled to the battery pack in response to the recognized signal level.
여기서, 센서는 조도 센서를 포함하고, 조도 센서는 배터리 팩 내부에 제1 조도 이상의 조도 변화를 감지하며, 제1 조도는 l룩스(lux)일 수 있다.Here, the sensor includes an illuminance sensor, the illuminance sensor detects a change in illuminance of the first illuminance or more within the battery pack, and the first illuminance may be l lux.
여기서, 배터리 팩 연소 억제 방법은 상기 차단하는 단계 후에 배터리 팩 내부를 진공 또는 가진공 상태로 형성하는 단계를 더 포함하며, 가진공 상태는 배터리 팩 내부의 공기량이, 연소에 의해 소모된 공기량을 포함하더라도, 상기 차단하는 단계에서의 공기량보다 낮은 상태를 포함할 수 있다.Here, the method of suppressing battery pack combustion further includes the step of forming the inside of the battery pack in a vacuum or vibrating state after the blocking step, wherein the vibrating state includes the amount of air in the battery pack and the amount of air consumed by combustion. Even if it may include a state lower than the amount of air in the blocking step.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩 내부의 연소 억제 장치는 배터리 팩에 결합하고 배터리 팩 내부의 조도 변화를 감지하는 센서로부터 신호를 받은 입력단, 및 배터리 팩에 결합하고 조도 변화에 따라 출력되는 센서의 신호에 응하여 배터리 팩 외부로부터의 공기 유입을 차단하는 제어부를 포함하며, 제어부는 배터리 팩 외부와 내부를 연결하는 공기 순환 통로를 차단한다.Combustion suppression apparatus inside the battery pack according to another aspect of the present invention is coupled to the battery pack and the input terminal receives a signal from the sensor for detecting the change in illumination of the battery pack, and the sensor coupled to the battery pack and output in accordance with the change in illumination And a control unit for blocking air inflow from the outside of the battery pack in response to the signal, wherein the control unit blocks an air circulation passage connecting the outside and the inside of the battery pack.
여기서, 배터리 팩 내부의 연소 억제 장치는, 배터리 팩에 결합하는 에어진공 펌프를 더 포함할 수 있다. 제어부는 공기 유입을 차단한 후에 에어진공 펌프를 제어하여 배터리 팩 내부를 진공 또는 가진공 상태로 형성할 수 있다. 가진공 상태는 배터리 팩 내부의 공기량이, 연소에 의해 소모되는 공기량을 고려하더라도, 상기 차단하는 단계에서의 공기량보다 낮은 상태를 포함할 수 있다.Here, the combustion suppression apparatus inside the battery pack may further include an air hole pump coupled to the battery pack. The control unit may control the air ball pump after blocking the inflow of air to form the inside of the battery pack in a vacuum or excited hole state. The excited air condition may include a state in which the amount of air in the battery pack is lower than the amount of air in the blocking step, even when the amount of air consumed by combustion is taken into consideration.
여기서, 배터리 팩 내부의 연소 억제 장치는, 배터리 팩 외부에 결합하는 폼 분사 장치를 더 포함할 수 있다. 폼 분사 장치는 배터리 팩의 복수의 공기 순환 통로들에 인접하게 설치되는 복수의 노즐들을 포함할 수 있다. 제어부는 상기 센서의 신호에 응하여 폼 분사 장치를 제어할 수 있다. 폼 분사 장치는 제어부의 제어에 따라 복수의 노즐들을 통해 복수의 공기 순환 통로들 위에 불활성 및 경화성 재료를 포함한 폼(foam)을 분사하여 공기 순환 통로들을 덮을 수 있다.Here, the combustion suppression apparatus inside the battery pack may further include a foam injection device coupled to the outside of the battery pack. The foam injection device may include a plurality of nozzles installed adjacent to the plurality of air circulation passages of the battery pack. The controller may control the foam injection device in response to the signal of the sensor. The foam spraying apparatus may cover the air circulation passages by spraying a foam including inert and curable material on the plurality of air circulation passages through the plurality of nozzles under the control of the controller.
상기 배터리 팩 내부의 연소 억제 방법 및 장치를 활용할 경우에는, 배터리 팩 내부의 연소를 효과적으로 억제하여 배터리 팩의 화재나 폭발을 사전에 방지할 수 있다.When utilizing the combustion suppression method and apparatus inside the battery pack, it is possible to effectively suppress the combustion inside the battery pack to prevent fire or explosion of the battery pack in advance.
또한, 배터리 팩 내부에 소화물질 등을 분사하여 연소를 차단하지 않고 배터리 팩 내부를 순간적으로 진공 상태로 만들어 연소를 억제하거나 화재를 진압하므로 연소 억제 장치의 동작 후에 연소나 화재 부분과 관련없는 배터리 전체 혹은 배터리 내부의 상당 부분을 재사용할 수 있는 장점이 있다.In addition, by injecting extinguishing materials into the battery pack to prevent combustion, the inside of the battery pack is instantaneously vacuumed to suppress combustion or extinguish the fire. Alternatively, a significant portion of the battery can be reused.
또한, 버스나 에너지 저장 장치 등에 사용되는 상대적으로 규모가 큰 배터리 팩 내에서 연소나 화재가 발생하는 경우에도, 조도가 상대적으로 매우 낮은 배터리 팩 내부에서의 조도 변화를 감지하는 센서를 사용하여 연소나 화재의 시작을 감지하므로 온도센서 등에 비해 감지 성능이 크게 우수한 장점이 있다.In addition, even when combustion or fire occurs in a relatively large battery pack used for a bus or an energy storage device, a sensor for detecting an illumination intensity inside a battery pack having a relatively low illuminance may be used. Detecting the start of fire has a significant advantage in detecting performance compared to temperature sensors.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 내부의 연소 억제 장치를 적용한 배터리 팩을 설명하기 위한 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a battery pack to which a combustion suppression apparatus inside a battery pack is applied according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 내부의 연소 억제 방법에 대한 순서도이다.2 is a flowchart illustrating a method of suppressing combustion inside a battery pack according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩 내부의 연소 억제 방법에 대한 순서도이다.3 is a flowchart illustrating a method of suppressing combustion inside a battery pack according to another exemplary embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩 내부의 연소 억제 방법에 대한 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a combustion suppression method inside a battery pack according to another exemplary embodiment of the present invention.
도 5는 도 1의 배터리 팩에 채용할 수 있는 조도 센서의 예시도이다.5 is an exemplary diagram of an illuminance sensor that may be employed in the battery pack of FIG. 1.
도 6은 도 5의 조도 센서의 회로도이다.6 is a circuit diagram of the illuminance sensor of FIG. 5.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩 내부의 연소 억제 장치를 적용한 배터리 팩을 설명하기 위한 블록도이다.FIG. 7 is a block diagram illustrating a battery pack to which a combustion suppression apparatus inside a battery pack is applied, according to another exemplary embodiment.
도 8은 본 실시예에 따른 배터리 팩의 용도를 설명하기 위한 도면이다.8 is a view for explaining the use of the battery pack according to the present embodiment.
도 9는 도 8의 배터리 팩의 부분 분해 사시도이다.9 is a partially exploded perspective view of the battery pack of FIG. 8.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.As the present invention allows for various changes and numerous embodiments, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the written description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as the second component, and similarly, the second component may also be referred to as the first component. The term and / or includes a combination of a plurality of related items or any item of a plurality of related items.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in between. Should be. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail a preferred embodiment of the present invention. In the following description of the present invention, the same reference numerals are used for the same elements in the drawings and redundant descriptions of the same elements will be omitted.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 내부의 연소 억제 장치를 적용한 배터리 팩을 설명하기 위한 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a battery pack to which a combustion suppression apparatus inside a battery pack is applied according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 복수의 배터리 모듈들(10)과 배터리 모듈들(10)을 수납하는 하우징(20)을 포함한다. 배터리 팩(100)은 배터리 관리 시스템(battery management system, BMS)(15)을 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the battery pack 100 according to the present exemplary embodiment includes a plurality of battery modules 10 and a housing 20 accommodating the battery modules 10. The battery pack 100 may further include a battery management system (BMS) 15.
또한, 배터리 팩(100)은 적어도 하나 이상의 센서를 포함할 수 있고, 하우징의 개구부를 통해 배터리 팩(100) 내부와 외부의 공기 유동 유로를 형성하는 배관을 더 포함할 수 있으며, 아울러 배관이나 배터리 팩(100)의 개구부에 결합하여 공기 유동 유로를 차단하거나 구현에 따라서 배터리 팩 내부의 공기를 외부로 배출하는 진공 펌프(40)를 더 포함할 수 있다.In addition, the battery pack 100 may include at least one or more sensors, and may further include a pipe forming an air flow path inside and outside the battery pack 100 through an opening of the housing. It may further include a vacuum pump 40 coupled to the opening of the pack 100 to block the air flow passage or to discharge the air inside the battery pack to the outside depending on the implementation.
복수의 배터리 모듈들은 실질적으로 동일한 크기나 사양을 가질 수 있으므로, 본 실시예에서는 설명의 편의상 하나의 배터리 모듈을 중심으로 설명하기로 한다. 배터리 모듈(10)은 복수의 배터리 셀(이하 간단히 '셀'이라고도 함)을 구비할 수 있다. 복수의 배터리 셀들은 직렬, 병렬 또는 직병렬로 연결될 수 있다. 셀은 리튬이온 전지를 포함할 수 있다.Since the plurality of battery modules may have substantially the same size or specifications, the present embodiment will be described based on one battery module for convenience of description. The battery module 10 may include a plurality of battery cells (hereinafter, also referred to as 'cells'). The plurality of battery cells may be connected in series, in parallel or in parallel. The cell may comprise a lithium ion battery.
하우징(20)은 배터리 모듈(10)과 BMS(15) 등을 보호하고, 배터리 팩(100)의 운반이나 사용처에 적합한 형태로 제조될 수 있다. 하우징(20)은 내부 구성의 보호를 위해 일정 강도 이상의 재료로 만들어질 수 있다. 하우징(20)은 케이스 또는 배터리 케이스로 언급될 수 있다.The housing 20 protects the battery module 10 and the BMS 15 and the like, and may be manufactured in a form suitable for transport or use of the battery pack 100. The housing 20 may be made of a material of a certain strength or more for protection of the internal configuration. The housing 20 may be referred to as a case or a battery case.
또한, 하우징(20)은 내부와 외부 사이에 공기가 자연 대류 방식으로 순환하거나 강제 유동 방식으로 순환하도록 하기 위한 구성 부분을 구비할 수 있다. 이러한 구성 부분은 공기 유동 채널로 지칭될 수 있으며, 적어도 하나 이상의 개구부나 이러한 개구부에 결합하는 덕트/배관을 포함할 수 있다.In addition, the housing 20 may be provided with components for allowing air to circulate in a natural convection or forced flow manner between the interior and the exterior. Such components may be referred to as air flow channels, and may include at least one or more openings or ducts / pipings that couple to these openings.
BMS(15)는 배터리 모듈 내 복수의 셀들의 전압(V), 온도(T), 상태 정보(S1) 등을 감지하고 감지한 정보에 따르는 제어신호(S2)나 셀 밸런싱을 위한 신호(Sn)를 출력할 수 있다. 또한 BMS(15)는 마스터 BMS나 상위/최상위 BMS와의 통신을 통해 기설정된 데이터를 전송하거나 수신할 수 있다.The BMS 15 detects a voltage (V), a temperature (T), state information (S1), etc. of a plurality of cells in the battery module, and a control signal (S2) or a signal (Sn) for cell balancing according to the detected information. You can output In addition, the BMS 15 may transmit or receive predetermined data through communication with a master BMS or a higher / top BMS.
BMS(15)는 각 배터리 모듈(10)에 탑재될 수 있으며, 구현에 따라서 배터리 팩(100) 내부에 탑재되는 마스터 BMS를 더 포함할 수 있다. 마스터 BMS는 각 배터리 모듈(10)에 탑재된 슬레이브 BMS들과 통신하며 그것들로부터 감지 정보, 상태 정보를 수신하거나 그것들에 셀 밸런싱 신호를 전송할 수 있다. 또한, 마스터 BMS는 배터리 팩(100) 외부의 최상위 BMS와 통신하며 기설정된 신호나 데이터를 송수신할 수 있다.The BMS 15 may be mounted in each battery module 10, and may further include a master BMS mounted in the battery pack 100 according to an implementation. The master BMS communicates with slave BMSs mounted in each battery module 10 and may receive sensing information and status information from them or transmit cell balancing signals thereto. In addition, the master BMS may communicate with the highest BMS outside the battery pack 100 and transmit and receive a predetermined signal or data.
센서는 배터리 팩(100) 내부의 조도 변화를 감지하는 조도 센서를 포함할 수 있다. 본 실시예에서 센서는 두 개의 제1 조도센서 그룹(70a), 두 개의 제2 조도센서 그룹(70b), 두 개의 제3 조도센서 그룹(70c) 및 두 개의 제4 조도센서 그룹(70d)을 포함한다.The sensor may include an illuminance sensor for detecting a change in illuminance inside the battery pack 100. In the present embodiment, the sensor comprises two first illuminance sensor groups 70a, two second illuminance sensor groups 70b, two third illuminance sensor groups 70c, and two fourth illuminance sensor groups 70d. Include.
이러한 조도센서 그룹을 이용하면, 배터리 팩(100) 내부의 일정 영역에 대한 조도 변화를 감지할 때 그룹 내 센서들로부터의 신호 레벨을 비교하는 방식으로 하나의 조도센서에 이상이 발생하거나 고장이 난 상태를 판별할 수 있다. 또한, 조도센서 그룹을 이용하면 그룹 내 센서들의 신호 레벨의 평균을 이용함으로써 개별 조도센서의 성능차이에 따른 감지 오차나 그에 따른 오작동을 감소시킬 수 있다.When the illumination sensor group is used, when an illumination change of a certain area inside the battery pack 100 is detected, an abnormality occurs or a failure occurs in one illumination sensor by comparing signal levels from sensors in the group. Status can be determined. In addition, the use of the illumination sensor group can reduce the detection error or malfunction due to the performance difference of the individual illumination sensor by using the average of the signal level of the sensors in the group.
배터리 팩(100)에 결합하는 진공 펌프(40)는, 배터리 팩(100)이 기밀한 용기 구조를 구비할 때, 배터리 팩(100) 내의 공기분자를 제거하는 장치이다. 물론, 진공 펌프(40)는 배터리 팩(100)에서 진공 펌프(40)가 결합하는 개구부에서의 공기 유동을 차단하는 차단부 역할을 담당할 수 있다.The vacuum pump 40 coupled to the battery pack 100 is a device for removing air molecules in the battery pack 100 when the battery pack 100 has an airtight container structure. Of course, the vacuum pump 40 may serve as a blocking unit to block the air flow in the opening to which the vacuum pump 40 is coupled in the battery pack 100.
도 1에서 진공 펌프(40)는 하나의 배관의 중간 부분을 모두 차지하는 것으로 도시되나, 본 발명은 그러한 구성으로 한정되지 않고, 적어도 두 개의 배관들(예컨대, 흡기 배관, 배기 배관) 중 흡기 배관에 제1 부분이 결합하고 배기 배관에 제2 부분이 결합된 구조를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 부분은 흡기 배관을 차단할 수 있는 솔레노이드 밸드 등의 밸브 구조를 포함하고, 제2 부분은 배기 배관에 설치된 진공 펌프 구조를 포함할 수 있다. 진공 펌프 구조는 로터리 베인 펌프, 로터리 피스톤 펌프, 로터리 기어 펌프, 피스톤 펌프, 다이어프램 펌프, 루츠 펌프, 수봉식 펌프(여러개의 날개를 구비한 회전익과 실린더 포함) 등의 구조를 가질 수 있다.In FIG. 1, the vacuum pump 40 is shown to occupy all the middle portions of one pipe, but the present invention is not limited to such a configuration, and the vacuum pump 40 is not limited to the intake pipe of at least two pipes (for example, an intake pipe and an exhaust pipe). It may include a structure in which the first portion is coupled and the second portion is coupled to the exhaust pipe. Here, the first portion may include a valve structure such as a solenoid valve capable of blocking the intake pipe, and the second portion may include a vacuum pump structure installed in the exhaust pipe. The vacuum pump structure may have a structure such as a rotary vane pump, a rotary piston pump, a rotary gear pump, a piston pump, a diaphragm pump, a roots pump, a water seal pump (including a rotor blade and a cylinder having several wings), and the like.
또한, 진공 펌프(40)는 제어부의 제어에 따라 배터리 팩(100) 내부의 공기를 배출하여 배터리 팩(100) 내부를 진공 또는 가진공(false vacuum) 상태로 형성할 수 있다. 여기서, 제어부는 BMS(15) 내 컨트롤러나 프로세서에 추가로 탑재되는 연소 억제 기능일 수 있다.In addition, the vacuum pump 40 may discharge the air inside the battery pack 100 under the control of the controller to form the inside of the battery pack 100 in a vacuum or false vacuum state. Here, the controller may be a combustion suppression function that is additionally mounted to a controller or a processor in the BMS 15.
전술한 경우, BMS(15)는 메모리에 배터리 팩 내부의 연소 억제 방법을 구현한 프로그램이나 소프트웨어 모듈을 저장할 수 있으며, 구현에 따라서 이러한 기능을 구비한 BMS(15) 또는 그 컨트롤러나 프로세서는 배터리 팩 내부의 연소 억제 장치로 지칭될 수 있다. 이 경우, 배터리 팩 내부의 연소 제어 장치는 화재진압 장치로서 기능하는 공기 펌프(40)나 후술하는 폼 분사 장치의 동작을 제어하도록 구현될 수 있다.In the above-described case, the BMS 15 may store a program or a software module implementing the combustion suppression method in the battery pack in a memory, and according to the implementation, the BMS 15 or its controller or processor may include a battery pack. It may be referred to as an internal combustion suppression device. In this case, the combustion control device inside the battery pack may be implemented to control the operation of the air pump 40 functioning as a fire suppression device or a foam injection device described later.
전술한 진공은 배터리 팩(100)의 내부 공간의 기체압력이 대기압보다 낮은 상태, 즉 분자밀도가 약 2.5×1019분자/㎤보다 적은 상태를 말할 수 있다. 배터리 팩(100) 내부의 진공 상태는 배터리 팩(100)의 사용처의 고도에 따라 달라질 수 있다. 본 실시예에서 가진공(false vacuum)은 대기압보다 낮거나 배터리 팩 내부의 소정 시점의 기압보다 낮은 수준의 압력을 가지는 계(field)를 지칭할 수 있다. 가진공은 1 바(bar) 이하 및 10-5 바(bar) 초과 수준의 저진공(low vaccum)에 대응할 수 있다.The above-described vacuum may refer to a state in which a gas pressure in the internal space of the battery pack 100 is lower than atmospheric pressure, that is, a molecular density is less than about 2.5 × 10 19 molecules / cm 3. The vacuum state inside the battery pack 100 may vary according to the altitude of the place where the battery pack 100 is used. In this embodiment, a false vacuum may refer to a field having a pressure lower than atmospheric pressure or lower than the air pressure at a predetermined time point inside the battery pack. The excitation holes may correspond to low vaccum at levels below 1 bar and above 10 −5 bar.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 내부의 연소 억제 방법에 대한 순서도이다.2 is a flowchart illustrating a method of suppressing combustion inside a battery pack according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 배터리 팩 내부의 연소 억제 방법은 다음과 같다.Referring to FIG. 2, a method of suppressing combustion inside a battery pack according to the present embodiment is as follows.
먼저, 연소 억제 장치 또는 그 제어부는 배터리 팩 내부의 조도 변화를 감지한다(S10).First, the combustion suppression apparatus or the control unit detects a change in illuminance inside the battery pack (S10).
제어부는 배터리 팩 내부나 외부에 배치되는 BMS의 적어도 일부 기능부이거나 이러한 기능부에 상응하는 동작을 수행하는 구성부일 수 있다. 이 경우, 연소 억제 장치는 BMS를 포함할 수 있다.The controller may be at least some of the functional units of the BMS disposed inside or outside the battery pack, or may be a component that performs an operation corresponding to the functional units. In this case, the combustion suppression device may comprise a BMS.
또한, 제어부는 별도의 제어장치일 수 있으며, 구현에 따라 관리자나 사용자의 컴퓨터 단말, 스마트폰 등에 설치된 적어도 일부 기능부 또는 구성부일 수 있다. 이 경우, 연소 억제 장치는 컴퓨터 단말이나 스마트폰의 적어도 일부 기능부나 구성부를 포함할 수 있다.In addition, the controller may be a separate control device, and may be at least some functional units or components installed in a computer terminal, a smartphone, or the like of an administrator or a user, depending on the implementation. In this case, the combustion suppression apparatus may include at least some functional units or components of a computer terminal or a smartphone.
전술한 제어부를 사용하는 경우, 일례로 조도 센서가 무선 통신 모듈(예컨대, 블루투스)을 탑재하고 감지 정보를 무선 네트워크를 통해 배터리 팩 외부의 컴퓨터 단말이나 스마트폰에 전송하는 것이 가능하다. 그 경우, 배터리 팩의 화재 등 위험을 감지하는 시스템과 연동하는 컴퓨터 단말이나 스마트폰은 수신된 감지 정보를 토대로 배터리 팩의 상태를 확인하거나 배터리 팩 내부의 연소를 억제하거나 화재를 진압하기 위한 제어신호를 해당 배터리 팩 측으로 전송할 수 있다. 제어신호는 화재진압 장치의 동작을 제어하는데 이용될 수 있다.In the case of using the above-described control unit, for example, the illuminance sensor may be equipped with a wireless communication module (for example, Bluetooth) and transmit sensing information to a computer terminal or a smartphone outside the battery pack via a wireless network. In this case, a computer terminal or a smartphone that interoperates with a system that detects a danger, such as a fire of the battery pack, may control a control signal for checking the state of the battery pack, suppressing combustion inside the battery pack, or extinguishing a fire based on the received detection information. Can be transferred to the corresponding battery pack side. The control signal can be used to control the operation of the fire suppression apparatus.
조도 변화의 기준이 되는 조도 레벨(기준 레벨)은 배터리 팩의 구조에 따라 통상의 조도를 기준으로 그보다 소정 레벨 이상 밝은 경우로 설정될 수 있다.The illuminance level (reference level), which is a criterion of the illuminance change, may be set to a case where a predetermined level or more is brighter than the normal illuminance based on the structure of the battery pack.
예컨대, 하우징이 대기의 자연 순환을 위한 개구부를 구비하는 경우, 개구부에 인접하거나 가장 밝은 영역에 위치하는 조도 센서 또는 그 그룹과 개구부에서 가장 멀리 떨어지고 가장 어두운 영역에 위치하는 조도 센서 또는 그 그룹의 기준 레벨을 서로 다르게 설정될 수 있다.For example, if the housing has an opening for natural circulation of the atmosphere, the illuminance sensor or the group adjacent to the opening or in the brightest area and the reference of the illuminance sensor or the group farthest from the opening and in the darkest area Levels can be set differently.
한편, 하우징이 대기의 강제 순환 구조(배관 및 펌프 등)를 구비하는 경우, 배터리 팩 내부에 설치되는 적어도 하나 이상의 조도 센서 그룹의 기준 레벨은 동일하게 설정될 수 있다.On the other hand, when the housing has a forced forced circulation structure (piping and pump, etc.) of the atmosphere, the reference level of at least one illuminance sensor group installed inside the battery pack may be set the same.
실제로 연소는 열을 내며 빛을 발하는 현상을 지칭하므로 연소 발생 시에는 조도 변화를 감지하기 용이하나, 연소 직전의 상태로서 열만을 발산하는 경우에는 조도 변화를 쉽게 감지하지 못하게 된다.In fact, since combustion refers to a phenomenon of emitting heat and radiating light, it is easy to detect a change in illuminance when combustion occurs, but it is not easy to detect a change in illuminance when only heat is emitted as a state immediately before combustion.
이러한 단점을 보완하기 위해, 본 발명의 다른 실시예에서는 열에 의해 발광하는 형광 및/또는 인광 물질을 함유한 도료를 하우징 내벽, 배터리 팩의 외부, 기타 하우징 내측에서 조도 센서와 마주하는 위치 등에 도포하는 것을 포함할 수 있다. 도포 영역은 1㎠ 이하의 작은 영역일 수 있으며, 그 경우 조도 센서는 도료가 도포된 영역을 주요 감시 영역으로 구비하도록 설정될 수 있다.In order to compensate for this disadvantage, in another embodiment of the present invention, a paint containing fluorescent and / or phosphorescent materials that emit heat is applied to the inner wall of the housing, the outside of the battery pack, the position facing the illumination sensor on the inside of the housing, and the like. It may include. The application area may be a small area of 1 cm 2 or less, in which case the illuminance sensor may be set to have the area to which the paint is applied as the main monitoring area.
다음, 조도 변화가 기준 레벨 이상일 때, 배터리 팩 외부로부터의 공기 유입을 차단한다(S20).Next, when the change in illuminance is greater than or equal to the reference level, air inflow from the outside of the battery pack is blocked (S20).
배터리 팩 외부로부터의 공기 유입 차단은 배터리 팩의 하우징의 개구부 등의 공기 유동 유로를 막아 배터리 팩 내부로 외부 공기가 출입하지 못하게 하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 차단 과정은 전술한 진공 펌프나 후술하는 폼 분삭 장치를 통해 수행될 수 있다.Blocking the inflow of air from the outside of the battery pack may include blocking an air flow path such as an opening of the housing of the battery pack to prevent outside air from entering the battery pack. This blocking process may be performed through the vacuum pump described above or the foam cutting device described below.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩 내부의 연소 억제 방법에 대한 순서도이다.3 is a flowchart illustrating a method of suppressing combustion inside a battery pack according to another exemplary embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 배터리 팩 내부의 연소 억제 방법은, 먼저 배터리 팩 내부에 설치된 조도 센서로부터 획득한 신호를 토대로 배터리 팩 내부의 조도 변화를 감지한다(S10).Referring to FIG. 3, in the combustion suppression method of the battery pack according to the present exemplary embodiment, first, a change in illumination intensity inside the battery pack is detected based on a signal obtained from an illumination sensor installed inside the battery pack (S10).
다음, 감지된 조도(감지 조도)가 기준 조도 이상인지를 판단한다(S12). 감지 조도의 레벨이 기준 조도의 레벨보다 작으면, 다시 조도 변화를 감지하는 단계로 되돌아갈 수 있다.Next, it is determined whether the detected illuminance (detection illuminance) is equal to or greater than the reference illuminance (S12). If the level of the sensing illuminance is less than the level of the reference illuminance, it may be returned to the step of detecting the change in the illuminance again.
한편, 감지 조도가 기준 조도 이상이면, 개별 센서 그룹 내 조도 변화가 일정 오차 범위 내에서 서로 일치하는지를 판단할 수 있다(S14). 이 판단 과정에 의하면, 배터리 팩 내부에 설치된 조도센서 중 어느 하나에 이상이 발생하는 경우, 해당 센서 그룹 중 적어도 하나의 센서에 대한 센서 고장 신호를 출력할 수 있다(S16). 그리고 해당 센서 그룹 내 다른 센서를 통해 센서 이상 유무를 감지할 수 있으므로, 센서 신호에 의한 연소 억제 장치의 오작동을 방지할 수 있다.On the other hand, if the detected illuminance is greater than or equal to the reference illuminance, it may be determined whether the illuminance changes in the individual sensor groups coincide with each other within a predetermined error range (S14). According to this determination process, when an error occurs in any one of the illuminance sensors installed in the battery pack, the sensor failure signal for at least one sensor of the corresponding sensor group may be output (S16). In addition, since other sensors in the sensor group can detect whether there is a sensor abnormality, it is possible to prevent a malfunction of the combustion suppression device due to the sensor signal.
다음, 위의 판단 결과에서 감지 조도가 기준 조도 이상으로 판별되면, 배터리 팩 외부로부터의 공기 유입을 차단한다(S20).Next, when the detected illuminance is determined to be greater than or equal to the reference illuminance in the above determination result, the inflow of air from the outside of the battery pack is blocked (S20).
한편, 공기 유입을 차단한 상태에서도 배터리 팩 내부의 특정 셀이나 내부 자체의 온도가 증가하거나 조도 센서에서 감지되는 신호 레벨이 여전히 높거나 증가하는 경우, 배터리 팩 내부의 공기를 배출하여 배터리 팩 내부를 진공 혹은 가진공 상태로 형성할 수 있다(S30).On the other hand, even when the air inlet is blocked, if the temperature of a specific cell or the inside of the battery pack increases or the signal level detected by the illumination sensor is still high or increased, the air inside the battery pack is discharged to exhaust the air inside the battery pack. It may be formed in a vacuum or excited state (S30).
진공/가진공 상태의 형성은 위에서 설명한 특정 조건을 만족하거나 특정 이벤트가 발생한 경우에 수행될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 신속한 연소 억제를 위해 차단하는 과정에 이어 바로 수행될 수 있다.The formation of the vacuum / vacuum state may be performed when the specific conditions described above are met or when a specific event occurs, but is not limited thereto. The vacuum / vacuum state may be immediately performed after the blocking process for rapid combustion suppression.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩 내부의 연소 억제 방법에 대한 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a combustion suppression method inside a battery pack according to another exemplary embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 배터리 팩 내부의 연소 억제 방법은 진공/가진공 상태의 형성 과정을 구체화한 것을 제외하고 도 3을 참조하여 설명한 방법과 실질적으로 동일할 수 있다. 따라서, 중복되는 과정에 대한 상세 설명은 생략한다.Referring to FIG. 4, the method of suppressing combustion in the battery pack according to the present exemplary embodiment may be substantially the same as the method described with reference to FIG. 3 except that the process of forming a vacuum / vacuum state is specified. Therefore, detailed description of the overlapping process will be omitted.
배터리 팩 내부와 외부의 공기 유동을 차단한 후, 진공 펌프를 이용하여 배터리 팩 내부의 공기를 외부로 방출할 수 있다(S32).After blocking the air flow inside and outside the battery pack, it is possible to discharge the air inside the battery pack to the outside by using a vacuum pump (S32).
그리고 소정량의 공기를 배터리 팩 외부로 방출한 후, 배터리 팩 내부의 진공도가 기준 진공도 이상인지를 판단할 수 있다(S34). 이러한 진공도 판단은 진공 펌프에 부착된 진공 게이지를 통해 수행되고, 진공 게이지에 결합된 센서에 의해 제어부에 전달될 수 있다.After discharging a predetermined amount of air to the outside of the battery pack, it may be determined whether the vacuum degree inside the battery pack is greater than or equal to the reference vacuum degree (S34). Such a degree of vacuum determination may be performed through a vacuum gauge attached to a vacuum pump, and may be transmitted to the controller by a sensor coupled to the vacuum gauge.
위의 판단 결과, 내부 진공도가 기준 진공도 미만이면, 제어부를 진공 펌프의 공기 방출 동작을 재개하거나 기존 방출 동작 상태를 유지하여 추가로 일정량의 공기가 배터리 팩 외부로 방출되도록 이전의 공기 방출 단계로 되돌아갈 수 있다(S32).As a result of the above determination, if the internal vacuum degree is less than the reference vacuum degree, the control unit resumes the air releasing operation of the vacuum pump or maintains the existing releasing operation state and returns to the previous air releasing step so that an additional amount of air is discharged to the outside of the battery pack. Can go (S32).
한편, 위의 판단 결과, 내부 진공도가 기준 진공도 이상이면, 배터리 팩 내부의 조도 변화를 재감지하여 연소 억제 동작이 제대로 수행되었는지를 확인할 수 있다. 이 경우, 연소 억제 동작의 정상 상태 확인을 위해 조도 변화 감지 이외에 온도, 전압 등의 배터리 팩 상태 정보를 다시 확인할 수 있다.On the other hand, as a result of the above determination, if the internal vacuum degree is higher than the reference vacuum degree, it is possible to check whether the combustion suppression operation is properly performed by re-sensing the change in the illumination intensity inside the battery pack. In this case, in order to check the normal state of the combustion suppression operation, the battery pack state information such as temperature and voltage may be checked again in addition to the illumination change detection.
물론, 구현에 따라서 연소 억제 동작이 정상적으로 수행되고 있지 않다고 판단되는 경우, 추가적으로 배터리 팩의 내부 공기를 외부로 방출할 수 있다. 이 경우, 내부 공기의 추가 방출은 진공 펌프의 용량이 허용되는 범위의 최대치까지 수행될 수 있다.Of course, if it is determined that the combustion suppression operation is not normally performed according to the implementation, it is possible to additionally discharge the internal air of the battery pack to the outside. In this case, further release of the internal air can be carried out up to the maximum of the range in which the capacity of the vacuum pump is allowed.
도 5는 도 1의 배터리 팩에 채용할 수 있는 조도 센서의 예시도이다.5 is an exemplary diagram of an illuminance sensor that may be employed in the battery pack of FIG. 1.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 배터리 팩 내부의 연소 억제 장치에 채용할 수 있는 조도 센서는 센서 본체와 센싱부(70)를 구비하고, 센싱부(70)는 기판(71), 리드선(72), 필라멘트(73) 및 커버(75)를 구비한다.Referring to FIG. 5, an illuminance sensor that can be employed in the combustion suppression apparatus in the battery pack according to the present embodiment includes a sensor main body and a sensing unit 70, and the sensing unit 70 includes a substrate 71 and a lead wire. 72, a filament 73 and a cover 75 are provided.
센서 본체(미도시)는 필라멘트의 상태 변화에 따른 전압, 저항 등의 파라미터 변화를 감지하거나 파라미터 변화를 출력하는 장치(또는 회로)일 수 있다.The sensor body (not shown) may be a device (or a circuit) that detects a parameter change such as a voltage, a resistance, or the like and outputs the parameter change according to a change in the state of the filament.
기판(71)은 플라스틱 또는 메탈 기판일 수 있으며, 원반 형태, 다각형 플레이트 형태, 사각형 플레이트 형태 등 다양한 형태를 구비할 수 있다.The substrate 71 may be a plastic or metal substrate, and may have various shapes such as a disk shape, a polygonal plate shape, a square plate shape, and the like.
기판(71)에는 한 쌍의 리드선들(72)이 결합될 수 있다. 리드선들(72)은 센서 본체와 연결될 수 있다.A pair of lead wires 72 may be coupled to the substrate 71. The lead wires 72 may be connected to the sensor body.
필라멘트(73)는 열처리한 황화카드뮴(CdS)으로 형성될 수 있고, 기판(71) 일면상에 배치될 수 있다. 필라멘트(73)의 양단은 기판(71)에 결합되고 기판(71)의 일면에 노출되어 있는 한 쌍의 리드선들(72)의 일단에 각각 접합될 수 있다. 접합된 부분(74)이 원 형태로 기판(71) 상에 놓일 수 있다.The filament 73 may be formed of heat treated cadmium sulfide (CdS), and may be disposed on one surface of the substrate 71. Both ends of the filament 73 may be bonded to one end of the pair of lead wires 72 coupled to the substrate 71 and exposed on one surface of the substrate 71. The bonded portion 74 may lie on the substrate 71 in the form of a circle.
커버(75)는 유리 또는 플라스틱 재료로 형성될 수 있다. 커버(75)는 적어도 일부가 투명한 형태로 제조될 수 있다. 커버(75)는 기판(71)의 일면을 덮고 기판(71)과의 사이 공간에 필라멘트(73)가 기밀하게 배치되도록 밀폐 실드 재료 등을 통해 기판(71)에 접합될 수 있다. 본 실시예에서는 원반 형태의 기판(71)과 원반 형태의 커버(75)가 가장자리 경계 부분(76)에서 서로 용접된 형태로 일체화되어 있다.The cover 75 may be formed of glass or plastic material. The cover 75 may be manufactured at least partially transparent. The cover 75 may be bonded to the substrate 71 through a hermetically shielded material so as to cover one surface of the substrate 71 and the filament 73 is hermetically disposed in a space between the substrate 71 and the substrate 71. In this embodiment, the disk-shaped substrate 71 and the disk-shaped cover 75 are integrated in a form in which the disk-shaped substrate 71 is welded to each other at the edge boundary portion 76.
전술한 조도 센서(70)는 극성은 없고 주변 빛의 양에 따라 전도율이 변하는 특성을 가진다. 즉, 주변 빛의 양이 많아질수록 전도율이 높아져 저항이 낮아진다. 일례로, 10룩스(lux)에서 약 10㏀의 저항을 가지며, 암실이나 이와 유사한 환경에서 약 200㏀의 저항을 가질 수 있다.The above-described illuminance sensor 70 has no polarity and has a characteristic that the conductivity changes according to the amount of ambient light. That is, the greater the amount of ambient light, the higher the conductivity and the lower the resistance. For example, it may have a resistance of about 10 kW at 10 lux and about 200 kW in a dark room or similar environment.
도 6은 도 5의 조도 센서의 회로도이다.6 is a circuit diagram of the illuminance sensor of FIG. 5.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 조도 센서는 리드선에 연결되는 배터리 전원에 의해 구동될 수 있다. 필라멘트를 구비하는 센싱부(70)는 배터리 전원의 포지티브 단자와 네거티브 단자(또는 그라운드 단자)에 연결된다. 센싱부(70)와 포지티브 단자 사이에는 과전류 방지를 위한 저항(R1)이 연결될 수 있다. 저항(R1)의 저항 크기는 약 10㏀일 수 있다.Referring to FIG. 6, the illuminance sensor according to the present embodiment may be driven by a battery power source connected to a lead wire. The sensing unit 70 having the filament is connected to the positive terminal and the negative terminal (or ground terminal) of the battery power source. A resistor R1 for preventing overcurrent may be connected between the sensing unit 70 and the positive terminal. The resistance of the resistor R1 may be about 10 kΩ.
전술한 구성에 의하면, 저항(R1)과 센싱부(70) 내 필라멘트 저항에 의한 전압 분배 값이 출력단(Vout)을 통해 출력될 수 있다. 조도 레벨이 증가하여 필라멘트 저항이 감소하면, 출력단의 전압은 커질 수 있다.According to the above configuration, the voltage division value due to the resistor R1 and the filament resistance in the sensing unit 70 may be output through the output terminal Vout. As the level of illuminance increases and the filament resistance decreases, the voltage at the output stage can increase.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩 내부의 연소 억제 장치를 적용한 배터리 팩을 설명하기 위한 블록도이다.FIG. 7 is a block diagram illustrating a battery pack to which a combustion suppression apparatus inside a battery pack is applied, according to another exemplary embodiment.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 배터리 팩(100)은, 복수의 배터리 모듈들(10)을 수납하기 위한 하우징(20), 하우징(20) 내부에 배치되는 적어도 하나 이상의 센서, 및 하우징(20)에 결합하는 폼 분사 장치(50)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 7, the battery pack 100 according to the present embodiment includes a housing 20 for accommodating a plurality of battery modules 10, at least one sensor disposed inside the housing 20, and a housing. Foam injection device 50 coupled to the 20 may be included.
하우징(20)은 패시브 방식의 대기 순환 구조를 구비할 수 있다. 이러한 구조는 하우징(20)에 배치되는 적어도 하나의 개구부를 포함할 수 있다. 본 실시예에서 대기 순환 구조는 배터리 팩(100) 내부와 외부 간의 공기 유동을 허용하는 복수의 개구부들을 각각 포함하는 공기 통로(22)가 하우징(20)의 두 곳에 대각선 방향으로 배치된 구조를 포함한다.The housing 20 may have a passive atmospheric circulation structure. Such a structure may include at least one opening disposed in the housing 20. In the present exemplary embodiment, the atmospheric circulation structure includes a structure in which air passages 22 each including a plurality of openings for allowing air flow between the battery pack 100 and the outside are disposed diagonally in two places of the housing 20. do.
이러한 패시브 방식의 대기 순환 구조에 의하면, 배터리 팩(100) 내부에서 가열된 공기는 배터리 팩 내부의 유동 유로를 따라 이동하여 공기 통로(22)로 배출될 수 있고, 이에 따라 배터리 팩 외부의 상대적으로 차가운 공기는 공기 통로(22)를 통해서 배터리 팩 내부로 유입될 수 있다.According to the passive atmospheric circulation structure, the air heated in the battery pack 100 may move along the flow path inside the battery pack and be discharged to the air passage 22, thereby relatively relatively outside the battery pack. Cool air may enter the battery pack through the air passage 22.
센서는, 도 1의 경우와 유사하게, 배터리 팩(100) 내부의 조도 변화를 감지하는 조도 센서를 포함할 수 있다. 본 실시예에서 센서는 두 개의 제1 조도센서 그룹(70a), 두 개의 제2 조도센서 그룹(70b), 두 개의 제3 조도센서 그룹(70c) 및 두 개의 제4 조도센서 그룹(70d)을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며, 하우징(20)의 크기나 모양에 따라 및/또는 하우징(20)에 수납되는 배터리 모듈이나 BMS의 크기나 배치 구조 등에 따라 다른 위치 및/또는 다른 센서 개수의 적어도 하나 이상의 그룹으로 배치될 수 있다.Similar to the case of FIG. 1, the sensor may include an illuminance sensor that detects a change in illuminance inside the battery pack 100. In the present embodiment, the sensor comprises two first illuminance sensor groups 70a, two second illuminance sensor groups 70b, two third illuminance sensor groups 70c, and two fourth illuminance sensor groups 70d. It may include, but is not limited to, the number of different positions and / or other sensors according to the size or shape of the housing 20 and / or the size or arrangement of the battery module or BMS housed in the housing 20 It may be arranged in at least one group of.
폼 분사 장치(50)는 센서로부터 감지되는 신호 레벨에 응하여 출력되는 제어부의 제어신호에 응하여 폼 분사 장치(50) 내 수납된 용기(미도시)에 저장되는 폼 재료를 노즐(60)로 분사할 수 있다. 폼 재료의 분사를 위해, 폼 분사 장치(50)의 용기는 압축 용기일 수 있다. 또한, 폼 재료의 분사를 위해 폼 분사 장치(50)를 별도의 압축기 등의 분사 장치나 액추에이터를 구비할 수 있다.The foam spraying device 50 may spray the foam material stored in a container (not shown) stored in the foam spraying device 50 to the nozzle 60 in response to a control signal of the controller output in response to the signal level detected by the sensor. Can be. For the injection of the foam material, the container of the foam injection device 50 may be a compression container. In addition, the foam injection device 50 may be provided with an injection device such as a separate compressor or an actuator for the injection of the foam material.
노즐(60)은 배관(62)을 통해 용기에 연결되며, 배관(62)을 통해 임의의 위치에 배치될 수 있다. 본 실시예에서 노즐(60)은 공기 통로(22)에 인접한 위치나, 공기 통로(22) 상에 배치될 수 있다.The nozzle 60 is connected to the vessel via a pipe 62 and can be placed in any position through the pipe 62. In the present embodiment, the nozzle 60 may be disposed at a position adjacent to the air passage 22 or on the air passage 22.
이러한 구성에 의하면, 제어부로부터의 소정의 제어 신호가 출력될 때, 폼 분사 장치(50)는 노즐(60)을 통해 폼 재료를 분사할 수 있고, 노즐(60)에서 분사되는 폼 재료는 공기 통로(22)를 덮으며, 폼 재료는 굳어서 공기 통로(22)를 기밀하게 밀폐하고, 그에 의해 배터리 팩(100)의 내부 공간이 기밀한 상태가 될 수 있다.According to this configuration, when a predetermined control signal from the control unit is output, the foam spraying device 50 can spray the foam material through the nozzle 60, and the foam material sprayed from the nozzle 60 is the air passage. Covering (22), the foam material is hardened to hermetically seal the air passage (22), whereby the internal space of the battery pack 100 can be in an airtight state.
이와 같이, 본 실시예에 의하면, 배터리 팩(100) 내부에서 연소가 발생하는 경우, 제어부가 센서를 통해 이를 감지하고, 폼 분사 장치를 제어하여 하우징(20)의 모든 공기 통로(22)를 밀폐시킴으로써 하우징(20) 내부에서 발생한 연소가 산소 결핍에 의해 자동으로 소화되도록 작용할 수 있다. 또한, 굳은 폼 재료는 물리적인 힘 등에 의해 공기 통로(22)로부터 제거될 수 있으며, 그 경우 배터리 팩의 대부분의 구성요소를 재활용할 수 있는 장점이 있다.As described above, according to the present embodiment, when combustion occurs in the battery pack 100, the controller detects this through a sensor and controls the foam injection device to seal all the air passages 22 of the housing 20. By doing so, the combustion generated inside the housing 20 can act to be automatically extinguished by oxygen deficiency. In addition, the rigid foam material can be removed from the air passage 22 by physical force, etc., in which case there is an advantage that most components of the battery pack can be recycled.
한편, 본 실시예에 따른 배터리 팩(100)은, 하우징 내벽의 소정 영역에 도포된 발광 물질(72)을 더 포함할 수 있다. 발광 물질(72)은 외부의 열에 의해 높은 에너지 준위로 올라갔다가 곧 낮은 에너지 준위로 내려오면서 빛을 내는 형광체 등을 포함할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 배터리 팩 내부에서 연소가 발생하기 직전의 온도 상승 분위기에서 배터리 팩 내부의 연소나 화재와 관련한 이상 상태를 빠르게 감지하여 연소를 억제할 수 있다.Meanwhile, the battery pack 100 according to the present embodiment may further include a light emitting material 72 applied to a predetermined region of the inner wall of the housing. The light emitting material 72 may include a phosphor that emits light while being raised to a high energy level by external heat and immediately descending to a low energy level. According to such a configuration, it is possible to suppress the combustion by quickly detecting an abnormal state related to the combustion or the fire inside the battery pack in a temperature rising atmosphere immediately before combustion occurs in the battery pack.
도 8은 본 실시예에 따른 배터리 팩의 용도를 설명하기 위한 도면이다. 도 9는 도 8의 배터리 팩의 부분 분해 사시도이다.8 is a view for explaining the use of the battery pack according to the present embodiment. 9 is a partially exploded perspective view of the battery pack of FIG. 8.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 연소 억제 장치를 채용할 수 있는 배터리 팩(100A)은 전기 버스용 배터리 팩일 수 있다. 이러한 배터리 팩(100A)은 배터리 교체 스테이션의 지그(200)를 통해 이송되어 전기 버스(300)에 탑재되거나 전기 버스(300)로부터 분리될 수 있다. 배터리 팩(100A)의 측면에는 지그(200)가 체결되는 체결홈(19c)이 구비될 수 있다.Referring to FIG. 8, the battery pack 100A capable of employing the combustion suppression apparatus according to the present embodiment may be a battery pack for an electric bus. The battery pack 100A may be transported through the jig 200 of the battery replacement station and mounted on or separated from the electric bus 300. The side of the battery pack 100A may be provided with a fastening groove 19c to which the jig 200 is fastened.
이러한 배터리 팩(100A)은 7개씩 2줄로 배열되는 총 14개의 배터리 모듈들을 수납할 수 있고, 적어도 일부의 배터리 모듈들 사이에 배치되는 센서를 구비할 수 있다. 센서는 BMS나 별도의 제어장치에 감지 신호 또는 그에 대응하는 신호를 전송할 수 있다.The battery pack 100A may accommodate a total of 14 battery modules arranged in two rows of seven, and may include a sensor disposed between at least some battery modules. The sensor may transmit a sensing signal or a corresponding signal to the BMS or a separate control device.
또한, 공기 유동을 위해 배터리 팩의 하우징에 결합하는 진공 펌프를 통해 센서를 통한 이벤트 감지 시 배터리 팩(100A)은 배터리 팩 내부와 외부 사이의 공기 유동을 차단하도록 작용할 수 있다. 공기 유동의 차단에는 폼 분사 장치가 이용될 수 있다. 그리고 구현에 따라 진공 펌프를 통해 배터리 팩 내부의 공기를 외부로 방출하여 배터리 팩 내부를 진공 또는 가진공 상태로 형성할 수 있다. In addition, the battery pack 100A may act to block air flow between the inside and the outside of the battery pack when an event is detected through the sensor through a vacuum pump coupled to the housing of the battery pack for air flow. Foam injection devices may be used to block air flow. In some implementations, the air inside the battery pack may be discharged to the outside through the vacuum pump to form the inside of the battery pack in a vacuum or a hollow state.
전술한 실시예에 의하면, 진공 펌프와 폼 분사 장치를 독립적으로 사용하는 것으로 예시하고 있지만, 본 발명은 그러한 구성으로 한정되지 않고, 진공 펌프와 폼 분사 장치를 조합하는 구성도 물론 포함할 수 있다.According to the above embodiment, the vacuum pump and the foam ejection apparatus are exemplarily used independently, but the present invention is not limited to such a configuration, and of course, the vacuum pump and the foam ejection apparatus may be combined.
또한, 전술한 실시예에서는 폼 분사 장치를 하우징 외부에 배치하는 것으로 도시하였으나, 본 발명은 그러한 구성으로 한정되지 않고, 폼 분사 장치를 하우징 내부의 일측에 수납할 수 있도록 하우징의 형태를 변형하는 것도 가능하다. 이 경우, 노즐은 하우징 내벽에서 배관을 통해 공기 통로 내측에 위치할 수 있다.In addition, in the above-described embodiment, the foam injector is shown as being disposed outside the housing, but the present invention is not limited to such a configuration, and the shape of the housing may be modified to accommodate the foam injector at one side of the housing. It is possible. In this case, the nozzle may be located inside the air passage through the pipe at the inner wall of the housing.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described with reference to the embodiments above, those skilled in the art will understand that the present invention can be variously modified and changed without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. Could be.

Claims (6)

  1. 배터리 팩에 결합된 센서를 이용하여 배터리 팩 내부의 조도 변화에 대한 신호를 획득하는 단계; 및Acquiring a signal for a change in illuminance inside the battery pack using a sensor coupled to the battery pack; And
    상기 조도 변화에 따라 인식되는 신호 레벨에 응하여 상기 배터리 팩에 결합된 화재진압 장치를 통해 상기 배터리 팩 내부와 외부와의 공기 유동을 차단하는 단계를 포함하는, 배터리 팩 내부의 연소 억제 방법.And blocking air flow between the inside and outside of the battery pack through a fire suppression device coupled to the battery pack in response to a signal level recognized according to the change in illuminance.
  2. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1,
    상기 센서는 조도 센서를 포함하고, 상기 센서는 상기 배터리 팩 내부에서 조도가 1룩스(lux) 이상으로 변하는 조도 변화를 감지하거나 저항이 100㏀ 이하로 변하는 저항 변화를 감지하는, 배터리 팩 내부의 연소 억제 방법.The sensor includes an illuminance sensor, wherein the sensor senses a change in illuminance in which the illuminance changes by more than 1 lux in the battery pack or senses a change in resistance in which the resistance is changed to 100 kHz or less. Inhibition method.
  3. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1,
    상기 차단하는 단계 후에, 상기 화재진압 장치를 통해 상기 배터리 팩 내부를 진공 또는 가진공 상태로 형성하는 단계를 더 포함하며,After the blocking step, further comprising the step of forming the inside of the battery pack in a vacuum or vibrating state through the fire suppression device,
    상기 가진공 상태는 상기 배터리 팩 내부의 공기량이, 상기 차단하는 단계에서의 공기량보다 낮은 상태를 포함하는, 배터리 팩 내부의 연소 억제 방법.The excited air condition includes a state in which the amount of air inside the battery pack is lower than the amount of air in the blocking step.
  4. 배터리 팩에 결합하고 배터리 팩 내부의 조도 변화를 감지하는 센서로부터 신호를 받은 입력단;An input coupled to the battery pack and receiving a signal from a sensor detecting a change in illuminance inside the battery pack;
    상기 배터리 팩에 결합하고 상기 입력단에서 인식되는 신호에 응하여 제어신호를 출력하는 제어부; 및A control unit coupled to the battery pack and outputting a control signal in response to a signal recognized at the input terminal; And
    상기 제어신호에 응하여 상기 배터리 팩 외부와 내부를 연결하는 공기 유동 통로를 차단하는 차단부를 포함하는, 배터리 팩 내부의 연소 억제 장치.And a blocking unit for blocking an air flow passage connecting the outside and the inside of the battery pack in response to the control signal.
  5. 청구항 4에 있어서,The method according to claim 4,
    상기 차단부는 상기 배터리 팩에 결합하는 에어진공 펌프를 포함하며,The blocking unit includes an air ball pump coupled to the battery pack,
    상기 제어부는 상기 공기 유입을 차단한 후에 상기 에어진공 펌프를 제어하여 상기 배터리 팩 내부를 진공 또는 가진공 상태로 형성하고,The control unit controls the air ball pump after blocking the inflow of air to form the inside of the battery pack in a vacuum or vibrating state,
    상기 가진공 상태는 상기 배터리 팩 내부의 공기량이, 상기 공기 순환 통로를 차단한 직후에서의 공기량보다 낮은 상태를 포함하는, 배터리 팩 내부의 연소 억제 장치. The excited air condition includes a state in which the air amount inside the battery pack is lower than the air amount immediately after the air circulation passage is blocked.
  6. 청구항 4에 있어서,The method according to claim 4,
    상기 차단부는 상기 배터리 팩에 결합하는 폼 분사 장치를 포함하며,The blocking unit includes a foam injection device coupled to the battery pack,
    상기 폼 분사 장치는 상기 배터리 팩의 복수의 공기 순환 통로들에 인접하게 설치되는 복수의 노즐들을 포함하고, 상기 제어부의 제어에 따라 상기 복수의 노즐들을 통해 상기 복수의 공기 순환 통로들 위에 불활성 및 경화성 재료를 포함한 폼 재료(foam material)을 분사하여 상기 공기 순환 통로들을 덮는, 배터리 팩 내부의 연소 억제 장치.The foam injection device includes a plurality of nozzles installed adjacent to a plurality of air circulation passages of the battery pack, and is inert and curable on the plurality of air circulation passages through the plurality of nozzles under the control of the controller. A combustion suppression device inside a battery pack, which sprays a foam material containing material to cover the air circulation passages.
PCT/KR2016/011190 2016-10-06 2016-10-06 Method and device for suppressing combustion inside battery pack WO2018066728A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/KR2016/011190 WO2018066728A1 (en) 2016-10-06 2016-10-06 Method and device for suppressing combustion inside battery pack

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/KR2016/011190 WO2018066728A1 (en) 2016-10-06 2016-10-06 Method and device for suppressing combustion inside battery pack

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018066728A1 true WO2018066728A1 (en) 2018-04-12

Family

ID=61832146

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2016/011190 WO2018066728A1 (en) 2016-10-06 2016-10-06 Method and device for suppressing combustion inside battery pack

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2018066728A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210286664A1 (en) * 2018-12-20 2021-09-16 Lg Chem, Ltd. Bms recognition system and method

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19980071780A (en) * 1997-02-28 1998-10-26 고사이 아키오 Lithium secondary battery having thermal switch
KR100852727B1 (en) * 2007-02-21 2008-08-19 주식회사 에이티티알앤디 Battery pack
KR20120069334A (en) * 2010-12-20 2012-06-28 인지컨트롤스 주식회사 Battery protection apparatus for a battery car
KR20130092800A (en) * 2012-02-13 2013-08-21 에스케이이노베이션 주식회사 Battery cell
KR101429771B1 (en) * 2007-12-07 2014-08-19 삼성에스디아이 주식회사 Battery pack

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19980071780A (en) * 1997-02-28 1998-10-26 고사이 아키오 Lithium secondary battery having thermal switch
KR100852727B1 (en) * 2007-02-21 2008-08-19 주식회사 에이티티알앤디 Battery pack
KR101429771B1 (en) * 2007-12-07 2014-08-19 삼성에스디아이 주식회사 Battery pack
KR20120069334A (en) * 2010-12-20 2012-06-28 인지컨트롤스 주식회사 Battery protection apparatus for a battery car
KR20130092800A (en) * 2012-02-13 2013-08-21 에스케이이노베이션 주식회사 Battery cell

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210286664A1 (en) * 2018-12-20 2021-09-16 Lg Chem, Ltd. Bms recognition system and method
US11880264B2 (en) * 2018-12-20 2024-01-23 Lg Energy Solution, Ltd. BMS recognition system and method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2018056598A1 (en) Energy storage system and fire management method for energy storage system
US11569553B2 (en) Battery system configured to detect abnormal battery system conditions and method of the same
WO2020230944A1 (en) Fire prevention system for energy storage system
KR101930135B1 (en) Method and apparatus for suppression of combustion in battery pack
WO2021045576A1 (en) Battery protection apparatus and method using gas sensor
WO2017047937A1 (en) Battery swelling sensing system and method
WO2012060558A2 (en) Enhanced-stability rechargeable battery
KR20210092291A (en) Battery module and battery module stack
WO2020171414A1 (en) Battery rack and power storage device comprising same
WO2021230528A1 (en) Battery pack including fire suppression means
WO2015046804A1 (en) Battery pack having insertional bms assembly
EP3579326B1 (en) Detecting abnormal battery system conditions
WO2018117553A1 (en) Battery charging/discharging device cooling apparatus
WO2018080242A1 (en) Battery pack
WO2014003373A1 (en) Battery module for secondary battery
WO2021201408A1 (en) Battery module and battery pack including same
WO2022145598A1 (en) Energy storage system
WO2018048128A1 (en) Apparatus and method for detecting failure of battery pack
WO2018066728A1 (en) Method and device for suppressing combustion inside battery pack
WO2023287232A1 (en) Battery pack frame, and battery rack and energy storage system comprising same
WO2019172515A1 (en) Charging/discharging device, having reduced temperature difference, for secondary battery formation process
WO2021210805A1 (en) Battery pack and device including same
WO2021221351A1 (en) Battery pack and device including same
WO2021132951A1 (en) Server rack predictive maintenance method
WO2023195716A1 (en) Battery pack

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16918349

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16918349

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1