WO2021246650A1 - 상변화 물질의 잠열을 이용한 배터리 시스템의 화재 방지 장치 및 이를 포함하는 배터리 시스템 - Google Patents

상변화 물질의 잠열을 이용한 배터리 시스템의 화재 방지 장치 및 이를 포함하는 배터리 시스템 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a fire protection device for a battery system using the latent heat of a phase change material and a battery system including the same, and more particularly, to a battery system including an accident battery due to thermal runaway by effectively absorbing and releasing heat from the battery system.
  • a fire prevention device for a battery system using the latent heat of a phase change material that prevents a fire by suppressing the increase in the ambient temperature due to the heat of the battery, and thereby prevents a secondary accident to the surrounding normal battery and surrounding facilities It relates to a battery system comprising.
  • ESS energy storage system
  • ESS is a system that maximizes energy efficiency by storing the generated power in a linked system including power plants, substations and transmission lines, and selectively using it when power is needed.
  • the most important element in ESS is energy storage technology, and among them, batteries are mainly used.
  • the battery used in ESS is not a single cell but is made up of numerous cells, and the cells combine to form a module, and the modules become a pack. Several of these are combined to form a system.
  • the ESS battery rack required to construct such a system has a structure for stacking and accommodating pack-type battery modules, and generally includes a safety device to prevent damage to the battery module.
  • Lithium-ion batteries are mainly used for energy charging batteries used in ESS.
  • Lithium ion batteries are chemical storage devices that charge and discharge lithium ions between positive and negative electrodes. They are charged faster than other types of batteries and have a higher output density, so they can be used for a long time. If it is not fully charged, there is no memory effect of reducing the operating time compared to the original operating time, and it is eco-friendly and has relatively low maintenance cost. However, compared to other batteries, there is a disadvantage of being vulnerable to fire.
  • Battery fires are mainly caused by thermal runaway of battery cells.
  • the thermal runaway phenomenon refers to a chemical reaction in which a highly oxidizing anode and a highly reducing anode meet together and rapidly self-heat.
  • thermal runaway phenomenon When a thermal runaway phenomenon occurs, the battery cell releases the stored energy very quickly, and the more energy charged in the battery cell, the more active the thermal runaway reaction occurs. In particular, in the case of a lithium-ion battery, the thermal runaway phenomenon occurs very actively because the energy density is higher than that of other batteries.
  • causes of thermal runaway include overcharging, overdischarging, internal short circuit accident, bad terminal contact, and poor charging.
  • thermal runaway occurs when the internal temperature of a lithium-ion battery is 170°C or higher, and thermal runaway occurs after 1 to 2 days if a favorable environment for heat generation is created even at 70°C or lower.
  • thermal runaway occurs, the internal pressure of the lithium-ion battery increases and the internal electrolyte is vaporized, and then the lithium-ion battery expands and the electrolyte is ejected, white smoke occurs, and starts to burn when the temperature is above 600°C.
  • a fire caused by thermal runaway continues until all the energy charged in the battery is released even if the oxygen required for combustion is cut off, and a large amount of toxic gases such as carbon monoxide (CO) and acetylene (C2H2) are released along with the fire.
  • Thermal runaway may occur due to overcharge and discharge, internal short circuit accident, terminal defect, electrolyte concentration, poor charging, etc.
  • the battery module used in ESS is made with lithium-ion battery cells densely packed in a pack, and the modules of each stage are stacked top and bottom to form a rack-shaped storage, and the battery rack is installed densely in a container or room. Therefore, the fire of one battery module is likely to spread to a large-scale fire in the ESS.
  • the conventional fire system detects the temperature and gas to detect the occurrence of a fire, and operates various fire extinguishing systems.
  • the International Fire Code recommends guidelines to suppress the spread of fire by maintaining a constant separation distance according to battery capacity.
  • IFC International Fire Code
  • Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2001-0028777 fire spread prevention device for power storage battery
  • Korean Patent Publication No. 10-1706717 battery pack fire prevention device for energy storage system
  • the fire spread prevention device of the power storage battery installs a fire-retardant interlayer diaphragm 12, an inter-cell diaphragm 21 and a back diaphragm 22 made of flame-retardant stainless material in the interlayer storage battery installed on multiple layers to prevent the fire from spreading inside the battery rack.
  • a fire-retardant interlayer diaphragm 12 an inter-cell diaphragm 21 and a back diaphragm 22 made of flame-retardant stainless material in the interlayer storage battery installed on multiple layers to prevent the fire from spreading inside the battery rack.
  • a blocking block 600 is installed on one side of the tray 110 in which a plurality of battery modules are stacked up and down, so that when a fire occurs in the battery module, the blocking block 600 is The end enters the inside of the tray 110 and blocks a plurality of battery modules to prevent the fire from spreading to the surrounding battery modules, but an actuator having a rod that moves the blocking block 600 to the tray 110 side. 700 reduces the ESS installation space a lot, the structure is complicated, and one side of the tray 110 is opened and the battery module cannot be protected when a fire occurs outside the ESS battery rack, and it occurs due to the combustion of the battery module There was a problem that the toxic gas produced polluted the ESS installation space.
  • an object of the present invention is to provide an apparatus for preventing a fire in a battery system using the latent heat of a phase change material that can prevent secondary accidents to surrounding normal batteries and surrounding facilities, and a battery system including the same.
  • a fire protection device for preventing a fire due to thermal runaway of batteries in a battery system in which two or more batteries are configured adjacent to each other, between the batteries a partition wall configured to partition the battery and to isolate the entire space in which the battery is installed from the outside, which is formed having an accommodating space in which the following heat absorbing and dissipating means are charged; and heat absorbing and dissipating means provided in the receiving space of the partition wall to absorb and release heat due to thermal runaway of the accident battery.
  • the partition walls are all configured to communicate, and the heat absorbing-heat dissipating means is made of a phase change material (PCM), and is made of a material that undergoes a phase change below the temperature at which thermal runaway occurs.
  • PCM phase change material
  • the endothermic-heat dissipation means may be water (H 2 0) or a mixture thereof.
  • the heat absorption-heat dissipation means inflow and discharge device configured to supply the heat absorbing means to the inner space of the partition wall and discharge to the outside; may include.
  • the heat absorbing-heat dissipation means inlet/discharge device includes: an inlet formed on an upper side of the partition wall through which the heat absorbing-heat dissipating means is introduced; and an outlet formed on the other side of the upper portion of the partition wall for heat absorbing and dissipating the heat dissipating means.
  • the temperature detection module is provided to detect the inner and outer temperatures of the partition wall; a phase change material supply means configured to supply the phase change material through the inlet; a circulation outlet formed on one lower side of the other side of the partition wall; a one-way check valve provided at each of the inlet and the circulation outlet, the one-way check valve opening and closing by control to the following control unit;
  • a control unit that receives the detected temperature of the temperature detection module and operates the phase change material supply means and the one-way check valve to supply the phase change material through the inlet and discharge the phase change material through the circulation outlet; may include more.
  • the outlet and the circulation outlet may be integrally configured.
  • a battery system comprising the fire protection device of the battery system according to the above aspect.
  • the device for preventing fire of a battery system using the latent heat of a phase change material according to the present invention and a battery system including the same the following effects are provided.
  • the present invention effectively absorbs and releases heat from a battery system including an accident battery due to thermal runaway to prevent a fire by suppressing the increase in ambient temperature due to the heat of the accident battery, thereby providing secondary access to surrounding normal batteries and surrounding facilities. It is effective in preventing accidents.
  • the present invention has the effect of promoting versatility and economic feasibility because it is possible to efficiently prevent fire due to thermal runaway while configuring the components for fire prevention relatively simply.
  • the present invention can be reused even after executing the fire prevention function, and has an economical effect because maintenance and repair are simple.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a fire protection device of a battery system using latent heat of a phase change material according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a graph showing a change in the state of water, which is a phase change material, as a heat dissipation means in the fire prevention device of a battery system using the latent heat of the phase change material of the present invention
  • FIG. 3 is a view schematically showing another embodiment of a fire protection device of a battery system using latent heat of a phase change material according to the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a partial configuration of a fire protection device of a battery system using latent heat of a phase change material according to the present invention.
  • a step when a step is located “on” or “before” another step, this means not only a case in which a step is in a direct time-series relationship with another step, but also a step of mixing after each step and Likewise, the order of two stages includes the same rights as in the case of an indirect time series relationship in which the time series order can be changed.
  • the battery system includes a plurality of batteries such as a battery module, a battery pack, and a battery rack. It is meant to include all cases in which are adjacent to each other.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an apparatus for preventing fire of a battery system using latent heat of a phase change material according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a view showing fire prevention of a battery system using latent heat of a phase change material of the present invention. It is a graph showing the change of state of water, which is a phase change material, as a means of endothermic-heat dissipation in the device.
  • a fire protection device for a battery system using the latent heat of a phase change material is a fire protection device for preventing a fire due to thermal runaway of batteries in a battery system in which two or more batteries are adjacent to each other.
  • a large partition wall 100; and endothermic-heat dissipation means 200 are shown in Figure 1, .
  • the fire prevention apparatus of a battery system using the latent heat of a phase change material is a fire for preventing a fire due to thermal runaway of batteries in a battery system in which two or more batteries are adjacent to each other.
  • a prevention device as shown in FIG. 1, it partitions between the batteries B, and is formed with an accommodating space in which the heat absorbing-heat dissipation means 200 is charged, and the entire space in which the battery B is installed is separated from the outside.
  • a partition wall 100 configured to partition or isolate; And it is provided in the accommodating space within the partition wall 100, heat absorption-heat dissipation means 200 configured to absorb and release heat due to thermal runaway of the accident battery.
  • the partition wall 100 may be configured to have a shape or shape according to the shape or structure or arrangement relation of the battery B constituting the battery system.
  • the partition walls 100 are all configured to communicate with each other and implemented in a fixed type. That is, if the partition wall 100 is a movable structure, it may be vulnerable to natural disasters such as earthquakes.
  • the partition wall 100 may be composed of a plurality of partition walls that individually surround each of the batteries B constituting the battery system.
  • the partition wall 100 is preferably made of a material having low electrical conductivity while having thermal conductivity, for example, an aluminum material.
  • a plurality of heat dissipation fins may be formed on the outer surface of the partition wall 100 to increase a heat absorbing area and/or a heat dissipating area.
  • the partition wall 100 has a first heat dissipation fin formed on the outer surface and/or an inner surface of the partition wall facing the battery B, and a second heat dissipation fin is formed on the outer surface and/or inner surface of the partition wall facing the outside.
  • the partition wall 100 may further include one or more internal partition members (not shown) that communicate the partition space while partitioning the interior, and the partition space facing the battery in the space partitioned by the internal partition member and The compartment space facing the outside may be provided with a different packing density of the heat absorbing-heat dissipating means 200 .
  • the heat absorption-heat dissipation means 200 is made of a phase change material (PCM), but is made of a phase change material in which a phase change occurs below the critical temperature of thermal runaway.
  • PCM phase change material
  • the heat endothermic-heat dissipation means 200 the phase change material is preferably at least any one of water (H 2 0), a mixture of water, antifreeze, and a mixture of antifreeze, or a mixture thereof.
  • the heat of vaporization is 5 times greater than that of sensible heat, and by using this, a lot of heat energy can be absorbed and discharged.
  • the absorbed heat appears as sensible heat within a certain range and functions to dissipate heat through conduction and convection. It is possible to suppress the increase in the ambient (internal) temperature due to the heat of the battery and to prevent secondary accidents of the normal battery and surrounding facilities at the same time.
  • phase change material when water is employed as the phase change material, it can be easily obtained, and a mixture (eg, antifreeze, etc.) for increasing heat absorption and heat dissipation functions can be added and used.
  • a mixture eg, antifreeze, etc.
  • water when water is employed as a phase change material, it is economical because it can be reused even after an accident, and it is eco-friendly because secondary pollution does not occur, and maintenance and repair are very simple, so it is economical.
  • FIG. 3 is a view schematically showing another embodiment of a fire protection device of a battery system using the latent heat of a phase change material according to the present invention
  • FIG. 4 is a fire protection of a battery system using the latent heat of a phase change material according to the present invention. It is a diagram showing some components of the device in isolation.
  • the fire protection device of a battery system using the latent heat of a phase change material according to a second embodiment of the present invention described below is different from the first embodiment in a configuration capable of circulating the phase change material.
  • the same reference numerals are assigned to the same components as those of the first embodiment.
  • the fire protection device of a battery system using the latent heat of a phase change material is a fire protection device of a battery system using the latent heat of a phase change material of a battery in a battery system in which two or more batteries are adjacent to each other As, as shown in Figures 3 and 4, a large partition wall 300; endothermic-heat dissipation means (200); and heat absorption-heat dissipation means inflow and discharge device 400 .
  • the fire protection device of a battery system using the latent heat of a phase change material prevents fire in the battery system using the latent heat of the phase change material in a battery system in which two or more batteries are adjacent to each other
  • the partition wall 300 is configured to be formed.
  • a heat absorption-heat dissipation means 200 provided in the accommodating space within the partition wall 300 to absorb and release heat due to thermal runaway of the accident battery; and a heat absorbing-heat dissipating means inflow/discharging device 400 configured to supply the heat absorbing means 200 to the inner space of the partition wall 300 and to be discharged to the outside.
  • the partition wall 300 may be configured to have a shape or shape according to the shape or structure or arrangement relationship of the battery B constituting the battery system.
  • the partition wall 300 may be composed of a plurality of partition walls individually enclosing each of the batteries B constituting the battery system.
  • the plurality of partition walls 300 are configured to communicate with each other and are preferably implemented as a fixed type. That is, if the partition wall 300 is a movable structure, it may be vulnerable to natural disasters such as earthquakes.
  • the partition wall 300 is made of a material having thermal conductivity and low electrical conductivity, for example, an aluminum material, as in the first embodiment.
  • a plurality of heat dissipation fins may be formed on the outer surface of the partition wall 300 to increase a heat absorbing area and/or a heat dissipating area.
  • the partition wall 300 has a first heat dissipation fin formed on the outer surface and/or inner surface of the partition wall facing the battery B, and a second heat dissipation fin is formed on the outer surface and/or inner surface of the partition wall facing the outside.
  • the heat absorbing-heat dissipation means 200 is made of a phase change material (PCM), but is made of a phase change material in which a phase change occurs below the critical temperature of thermal runaway.
  • PCM phase change material
  • the phase change material is maintained in a liquid phase before the phase change and is phase-changed to a gas by heat (H 2 0), a mixture of water, an antifreeze, and a mixture of antifreeze It is preferable that at least one or a mixture thereof is used.
  • the heat absorption-heat dissipation means inflow and discharge device 400 is formed on one side or upper side of the upper end of the partition wall 300 so that the heat absorption-heat dissipation means 200 is introduced to be filled in the internal space of the partition wall 300 . It includes an inlet 410, and an outlet 420 formed on the other upper side or the other upper side of the partition wall 300, through which the heat absorption-heat dissipation means 200 is discharged.
  • phase change material is water as the heat absorption-heat dissipation means 200, water is charged through the inlet 410, and when an accident occurs, the phase change material changed to steam by the heat generated from the accident battery is discharged through the outlet 420 ) is released through
  • a one-way check valve may be provided at each of the inlet 410 and the outlet 420 .
  • the inlet 410 is configured with a one-way check valve that can be opened in the supply direction and closed in the opposite direction, and the outlet 420 is openable in the discharge direction, and is closed in the opposite direction.
  • a check valve may be configured.
  • the heat absorption-heat dissipation means inflow and discharge device 400 may further include a phase change material circulation device for circulating the phase change material.
  • the phase change material circulation device unit includes a temperature detection module provided to detect the inner and outer temperatures of the partition wall 300 , and a phase change material supply means configured on one side of the partition wall 300 to supply the phase change material And, a circulation outlet formed on one side of the lower end of the other side of the partition wall 300, a one-way check valve provided in the circulation outlet and opened and closed under the control of the following control unit, and the temperature detected by the temperature detection module.
  • a phase change material supply means and a control unit for operating the one-way check valve to supply the phase change material through the inlet 410 and to discharge the phase change material through the circulation outlet may be included.
  • the phase change material may be made of water
  • the phase change material supply means is, for example, composed of a supply pump to pump water, or is connected to a normal water supply network and partitioned through the inlet by opening and closing operation It can be supplied inside the wall.
  • the control unit controls the phase change material supply means and the one-way check valve to operate when the temperature of the phase change material in the partition wall 300 reaches a preset temperature (ie, the battery thermal runaway temperature) in the temperature detection module will do
  • the steam changed in phase by the heat generated by the accident battery (if the phase change material is water) is primarily discharged through the outlet 420 to dissipate heat, and the phase change material
  • a set temperature eg, a critical temperature at which thermal runaway occurs
  • the phase change material supply means and the one-way check valve are operated to operate the relatively low temperature
  • the circulation outlet does not need to be configured separately, and the outlet 420 may be configured as a single outlet that can serve as a circulation outlet, or may be integrally formed.
  • the fire prevention device of the battery system using the latent heat of the phase change material according to the present invention as described above it effectively absorbs and releases the heat of the accident battery due to thermal runaway to suppress the increase in ambient temperature due to the heat of the accident battery.
  • This has the advantage of preventing secondary accidents to surrounding normal batteries and surrounding facilities by preventing fire.

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Abstract

본 발명은 열폭주로 인한 사고 배터리를 포함하는 배터리 시스템에서 열을 효과적으로 흡수하고 방출하여 사고 배터리의 발열로 인한 주위 온도 상승을 억제하여 화재를 방지하고, 이에 따라 주변 정상 배터리 및 주위 설비로의 2차 사고를 방지할 수 있도록 하는 상변화 물질의 잠열을 이용한 배터리 시스템의 화재 방지 장치 및 이를 포함하는 배터리 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 둘 이상의 배터리가 이웃하여 구성되는 배터리 시스템에서 배터리의 열폭주에 의한 화재를 방지하기 위한 화재 방지 장치로서, 배터리 간을 구획하고, 내부에 하기 흡열-방열 수단이 충전되는 수용 공간을 갖고 형성되며, 배터리가 설치된 전체 공간을 외부와 격리하도록 구성되는 구획 벽체; 및 상기 구획 벽체의 수용 공간에 구비되어 사고 배터리의 열폭주에 의한 열을 흡열하고 방출하도록 이루어지는 흡열-방열 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템의 화재 방지 장치가 제공된다.

Description

상변화 물질의 잠열을 이용한 배터리 시스템의 화재 방지 장치 및 이를 포함하는 배터리 시스템
본 발명은 상변화 물질의 잠열을 이용한 배터리 시스템의 화재 방지 장치 및 이를 포함하는 배터리 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열폭주로 인한 사고 배터리를 포함하는 배터리 시스템에서 열을 효과적으로 흡수하고 방출하여 사고 배터리의 발열로 인한 주위 온도 상승을 억제하여 화재를 방지하고, 이에 따라 주변 정상 배터리 및 주위 설비로의 2차 사고를 방지할 수 있도록 하는 상변화 물질의 잠열을 이용한 배터리 시스템의 화재 방지 장치 및 이를 포함하는 배터리 시스템에 관한 것이다.
지속적인 산업의 발달과 소득의 증대로 인해 전기용품 사용이 증가함에 따라 전기의 사용량이 급격하게 증가하는 추세에 있으며, 냉방기를 주로 사용하는 여름철이나 온열기를 주로 사용하는 겨울철의 경우에는 전력 사용량의 급격한 증가로 인해 대규모 정전사고가 빈번히 일어나고 있는 상황이다.
이러한 부하의 지속적인 증대에 대응하기 위해 전력공급의 설비를 늘려야 한다는 목소리가 높아지고 있으나, 최대 부하에 대응하기 위해 전력설비를 증설할 경우, 하절기와 동절기를 제외한 시기의 유휴설비가 늘어나게 되어 설비이용률이 떨어지게 되며, 전력설비 증설 및 유지 등에 따른 금전적인 문제가 발생한다.
이와 같은 문제를 해결하기 위한 대책 중 하나의 배터리 시스템이 에너지저장시스템(Energy Storage System, 이하 약칭으로 ESS라 함)이다. ESS는 생산된 전력을 발전소, 변전소 및 송전선 등을 포함한 연계 시스템에 저장하고, 전력이 필요한 시기에 선택적으로 사용하여 에너지 효율을 극대화 시키는 시스템이다.
야간에 유휴전력을 저장하고 전력소모가 심한 주간에 저장된 전력을 사용하는 부하평준화(Load Leveling)를 통해 전력의 효율적인 사용이 가능하고, 스마트 그리드와 결합되면 기존 전력망에 정보기술(IT)이 응용되어 젼력공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 정보를 교환하여 ESS를 통해 필요한 시기에 전기에너지를 공급하는 것으로 에너지 효율을 증가시킬 수 있다.
ESS에서 가장 핵심적 요소는 에너지의 저장 기술이며, 그 중에서도 배터리가 주로 사용된다. ESS에 사용되는 배터리는 하나의 전지가 아닌 수많은 셀로 이루어져 있고, 셀이 모여 모듈(module)이 되고 모듈이 모여 팩(pack)이 되며, 이 팩이 모이면 랙(rack)이 되고, 최종적으로 랙이 여러 개 모여 시스템을 구성하게 된다.
이러한 시스템을 구성하는데 필요한 ESS 배터리랙은 팩 형태의 배터리모듈을 적층하여 수납하는 구조를 가지며, 일반적으로 배터리모듈의 손상을 방지하기 위한 안전장치가 구성되어 있다.
최근 신재생에너지에 대한 관심의 급증으로 인해 ESS 수요도 폭발적으로 늘고 있으며, ESS를 구성하는 배터리와 랙의 안전성에도 이목이 집중되고 있다.
ESS에 사용되는 에너지 충전 배터리는 주로 리튬이온 배터리가 사용된다.
리튬이온 배터리는 리튬이온이 양극과 음극을 오가며 충전 및 방전하는 화학적 저장장치로서 다른 종류의 배터리보다 빠르게 충전되고 출력 밀도가 높아 오랜 시간 사용이 가능하며, 상대적으로 부피가 작고 가벼우며, 완전 방전이 되지 않은 채 충전하면 본래의 구동시간보다 구동시간이 감소하는 메모리 효과가 없고, 친환경적이며 상대적으로 유지보수비용이 적다. 하지만, 여타의 배터리에 비교했을 때 화재에 취약하다는 단점이 존재한다.
배터리의 화재는 주로 배터리 셀의 열폭주 현상에 의해 발생된다.
열폭주(thermal runaway) 현상은 고도의 산화성 양극과 고도의 환원성 음극이 함께 만나 급속도로 스스로 발열하는 화학반응을 말한다.
열폭주 현상이 발생했을 때 배터리 셀은 저장된 에너지를 매우 빠르게 방출하게 되며, 배터리 셀에 충전된 에너지가 많을수록 열 폭주 반응이 더욱 활발하게 일어난다. 특히 리튬이온 배터리의 경우 다른 배터리보다 에너지 밀도가 높기 때문에 열 폭주 현상이 매우 활발하게 일어난다. 열폭주 현상의 원인으로는 과충전, 과방전, 내부단락사고, 단자접촉불량, 충전불량 등이 있다.
일반적으로 리튬이온 배터리 내부 온도가 170℃ 이상일 때 열 폭주가 발생하고 70℃ 이하 상태에서도 발열에 좋은 환경이 만들어지면 열 폭주가 1~2일 후 일어난다. 열 폭주 현상이 발생했을 때 리튬이온 배터리의 내부 압력이 증가하고 내부 전해액이 기화되며 이후 리튬이온 배터리가 팽창해 전해액이 분출되고, 백색 연기가 일어나며 600℃ 이상일 때 불타기 시작한다.
열폭주 현상으로 발생한 화재는 연소에 필요한 산소를 차단하더라도 배터리에 충전된 에너지를 모두 방출할 때까지 지속되며, 화재와 함께 일산화탄소(CO)와 아세틸렌(C2H2) 등의 유독성 가스가 다량 방출된다. 열폭주 현상은 과충방전, 내부단락 사고, 단자의 불량, 전해액의 농도, 충전불량 등에 의해 발생할 수 있다.
ESS에 사용되는 배터리모듈은 리튬이온 배터리 셀이 팩에 밀집되어 만들어지고, 각 단의 모듈이 상, 하로 적층되어 랙 모양의 저장형태를 갖추며, 배터리랙은 컨테이너 또는 룸(room)에 밀집하여 설치되기 때문에, 배터리모듈 1개의 화재가 ESS의 대형 화재로 확산되기 쉽다.
이와 같이 특정 배터리 시스템에 사고가 발생하여 열폭주가 발생하면 사고 셀 내부와 주위 온도가 급격히 상승하고 가스가 분출된다. 이때, 종래 화재 시스템은 온도와 가스 등을 검출하여 화재 발생을 감지하고 여러 가지의 소화 시스템을 작동시킨다.
그러나 일반적으로 ESS가 설치되는 공간은 항온과 항습을 위해 창을 두지 않아서 외부에서의 화재 진압이 어렵고, 내부에 소화설비가 설치되어 있으나 화재 발생 시 온도가 최대 1100℃에 이를 만큼 매우 강해 조기진압이 어렵다는 문제점이 있다.
IFC(international fire code)에서는 배터리 용량에 따라 일정한 이격 거리를 유지하도록 하여 화재 확산을 억제하는 지침을 권장하고 있다. 이러한 문제점을 해결하고자 특정 배터리 랙에서 화재가 발생한 경우 인접한 배터리 랙을 움직여서 일정한 이격 거리를 두는 방법이 제안되어 있다. 이러한 방법은 상당한 부피와 무게를 가지는 배터리 랙을 움직여야 하는 어려움이 있으며, 고정하기 어려워 지진과 같은 외부 영향에 매우 취약할 수밖에 없다.
종래 기술을 살펴보면, 대한민국 공개특허공보 제10-2001-0028777호(전력축전지의 화재 확산 방지장치)와 대한민국 등록특허공보 제10-1706717호(에너지 저장시스템의 배터리팩 화재예방장치)가 개시되어 있다.
전력축전지의 화재 확산 방지장치는 복수의 층에 설치된 층간축전지에 난연성 스텐레스 소재의 방화용 층간 격판(12), 셀간 격판(21) 및 이면 격판(22)을 설치하여 배터리랙 내부로 화재가 확산되지 않도록 했으나, 사고 배터리 주변의 정상 배터리에 대한 화재 확산은 방지하지 못할 뿐만 아니라, 배터리랙 외부로의 화재 확산은 방지하지 못하는 문제가 있었다.
에너지 저장시스템의 배터리팩 화재예방장치는 복수의 배터리모듈이 상, 하로 적층되도록 배열되는 트레이(110)의 일측에 차단블록(600)이 설치되어, 배터리 모듈에 화재 발생 시 차단블록(600)의 단부가 트레이(110)의 내부로 진입되어 복수의 배터리 모듈을 구획되게 차단하는 것으로 화재가 주위의 배터리모듈로 확산되지 않도록 했으나, 차단블록(600)을 트레이(110)측으로 이동시키는 로드를 갖는 액추에이터(700)가 ESS 설치공간을 많이 삭감하고, 구조가 복잡하며, 트레이(110)의 일측이 개구되어 화재가 ESS 배터리랙의 외부에서 발생했을 때 배터리모듈을 보호하지 못하고, 배터리모듈의 연소로 발생되는 유독성 가스가 ESS 설치공간을 오염시키는 문제가 있었다.
따라서, 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 열폭주로 인한 사고 배터리를 포함하는 배터리 시스템에서 열을 효과적으로 흡수하고 방출하여 사고 배터리의 발열로 인한 주위 온도 상승을 억제하여 화재를 방지하고, 이에 따라 주변 정상 배터리 및 주위 설비로의 2차 사고를 방지할 수 있도록 하는 상변화 물질의 잠열을 이용한 배터리 시스템의 화재 방지 장치 및 이를 포함하는 배터리 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 본 발명의 목적들 및 다른 특징들을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 둘 이상의 배터리가 이웃하여 구성되는 배터리 시스템에서 배터리의 열폭주에 의한 화재를 방지하기 위한 화재 방지 장치로서, 배터리 간을 구획하고, 내부에 하기 흡열-방열 수단이 충전되는 수용 공간을 갖고 형성되며, 배터리가 설치된 전체 공간을 외부와 격리하도록 구성되는 구획 벽체; 및 상기 구획 벽체의 수용 공간에 구비되어 사고 배터리의 열폭주에 의한 열을 흡열하고 방출하도록 이루어지는 흡열-방열 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템의 화재 방지 장치가 제공된다.
본 발명에 있어서, 상기 구획 벽체는 모두 연통되게 구성되며, 상기 흡열-방열 수단은 상변화물질(PCM: Phase Change Material)로 이루어지되, 열폭주가 발생하는 온도 미만에서 상변화가 일어나는 물질로 이루어질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 흡열-방열 수단은 물(H20) 또는 그 혼합물일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 흡열-방출 수단을 상기 구획 벽체의 내부 공간에 공급하고, 외부로 배출하도록 구성되는 흡열-방열수단 유입 배출 장치;를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 흡열-방열수단 유입 배출 장치는, 상기 구획 벽체의 상부 일측에 형성되어 상기 흡열-방열 수단이 유입되는 유입구; 및 상기 구획 벽체의 상부 타측에 형성되어 흡열-방열 수단이 배출되는 배출구;를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 구획 벽체의 내측 및 외측 온도를 검출하도록 구비되는 온도 검출 모듈; 상기 유입구를 통해 상변화물질을 공급하도록 구성되는 상변화물질 공급수단; 상기 구획 벽체의 타측 하부 일측에 형성되는 순환 배출구; 상기 유입구 및 순환 배출구 각각에 구비되며, 하기 제어부에 제어에 의해 개폐 동작하는 일방향 체크밸브; 상기 온도 검출 모듈의 검출 온도를 전달받아 상기 상변화물질 공급수단 및 상기 일방향 체크밸브를 동작시켜 상기 유입구를 통해 상변화물질이 공급되도록 하고, 상기 순환 배출구를 통해 상변화물질이 배출되도록 하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 배출구와 순환 배출구는 일체로 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 상기한 일 관점에 따른 배터리 시스템의 화재 방지 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템이 제공된다.
본 발명에 따른 상변화 물질의 잠열을 이용한 배터리 시스템의 화재 방지 장치 및 이를 포함하는 배터리 시스템에 의하면 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 본 발명은 열폭주로 인한 사고 배터리를 포함하는 배터리 시스템에서 열을 효과적으로 흡수하고 방출하여 사고 배터리의 발열로 인한 주위 온도 상승을 억제하여 화재를 방지함으로써 주변 정상 배터리 및 주위 설비로의 2차 사고를 방지할 수 있도록 하는 효과가 있다.
둘째, 본 발명은 화재 방지를 위한 구성부들을 상대적으로 간단하게 구성하면서도 열폭주에 의한 화재를 효율적으로 방지할 수 있어 범용성과 경제성을 도모할 수 있는 효과가 있다.
셋째, 본 발명은 화재 방지 기능을 실행한 후에도 재사용이 가능하며, 유지 및 보수가 단순하여 경제적인 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 상변화 물질의 잠열을 이용한 배터리 시스템의 화재 방지 장치를 개략적으로 나타내는 도면,
도 2는 본 발명의 상변화 물질의 잠열을 이용한 배터리 시스템의 화재 방지 장치에서 흡열-방열 수단으로서 상변화물질인 물의 상태변화를 나타내는 그래프,
도 3은 본 발명에 따른 상변화 물질의 잠열을 이용한 배터리 시스템의 화재 방지 장치의 다른 실시 형태를 개략적으로 나타내는 도면, 및
도 4는 본 발명에 따른 상변화 물질의 잠열을 이용한 배터리 시스템의 화재 방지 장치의 일부 구성을 분리하여 나타내는 도면이다.
본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 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.
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.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "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.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 본원 명세서 전체에서, 어떤 단계가 다른 단계와 "상에" 또는 "전에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 단계가 다른 단계와 직접적 시계열적인 관계에 있는 경우뿐만 아니라, 각 단계 후의 혼합하는 단계와 같이 두 단계의 순서에 시계열적 순서가 바뀔 수 있는 간접적 시계열적 관계에 있는 경우와 동일한 권리를 포함한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 상변화 물질의 잠열을 이용한 배터리 시스템의 화재 방지 장치 및 이를 포함하는 배터리 시스템에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
이하, 본 발명에 따른 상변화 물질의 잠열을 이용한 배터리 시스템의 화재 방지 장치의 설명에서, 배터리 시스템은 배터리 모듈(battery module), 배터리 팩(battery pack), 배터리 랙(battery rack) 등 복수의 배터리가 이웃하여 구성되는 경우를 모두 포함하는 의미이다.
먼저, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 상변화 물질의 잠열을 이용한 배터리 시스템의 화재 방지 장치에 대하여 도 1을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 상변화 물질의 잠열을 이용한 배터리 시스템의 화재 방지 장치를 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 2는 본 발명의 상변화 물질의 잠열을 이용한 배터리 시스템의 화재 방지 장치에서 흡열-방열 수단으로서 상변화물질인 물의 상태변화를 나타내는 그래프이다.
본 발명의 제1 실시 예에 따른 상변화 물질의 잠열을 이용한 배터리 시스템의 화재 방지 장치는, 둘 이상의 배터리가 이웃하여 구성되는 배터리 시스템에서 배터리의 열폭주에 의한 화재를 방지하기 위한 화재 방지 장치로서, 도 1에 나타낸 바와 같이, 크게 구획 벽체(100); 및 흡열-방열 수단(200);을 포함한다.
구체적으로, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 상변화 물질의 잠열을 이용한 배터리 시스템의 화재 방지 장치는, 둘 이상의 배터리가 이웃하여 구성되는 배터리 시스템에서 배터리의 열폭주에 의한 화재를 방지하기 위한 화재 방지 장치로서, 도 1에 나타낸 바와 같이, 배터리(B) 간을 구획하고, 내부에 흡열-방열 수단(200)이 충전되는 수용 공간을 갖고 형성되며, 배터리(B)가 설치된 전체 공간이 외부와 구획 또는 격리하도록 구성되는 구획 벽체(100); 및 구획 벽체(100) 내의 수용 공간에 구비되어 사고 배터리의 열폭주에 의한 열을 흡열하고 방출하도록 이루어지는 흡열-방열 수단(200);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
구획 벽체(100)는 배터리 시스템을 구성하는 배터리(B)의 형상이나 구조 또는 배치 관계에 따른 형태 또는 형상을 갖고 구성될 수 있다.
그리고 구획 벽체(100)는 모두 서로 연통되게 구성되고, 고정형으로 구현되는 것이 바람직하다. 즉, 구획 벽체(100)가 이동 가능한 구조이면 지진 등 천재지변에 취약할 수 있다.
물론, 구획 벽체(100)는 배터리 시스템을 구성하는 배터리(B) 각각을 개별적으로 둘러싸는 복수의 구획 벽체로 구성될 수 있다.
구획 벽체(100)는 열전도성을 가지면서 전기전도도가 낮은 재질, 예를 들면 알루미늄 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
구획 벽체(100)에는 흡열 면적 및/또는 방열 면적을 증대시키기 위하여 외면에 복수의 방열핀이 형성되어 구성될 수 있다. 다시 말해서, 구획 벽체(100)는 배터리(B)를 향하는 구획 벽체의 외면 및/또는 내면에 제1 방열핀이 형성되며, 외부를 향하는 구획 벽체의 외면 및/또는 내면에 제2 방열핀이 형성되어 이루어질 수 있다.
또한, 구획 벽체(100)는 내부를 구획하면서도 구획 공간을 연통시키는 하나 이상의 내부 구획 부재(미도시)를 더 포함할 수 있으며, 이러한 내부 구획 부재에 의해 구획된 공간에서 배터리 측을 향하는 구획 공간과 외부 측을 향하는 구획 공간에는 흡열-방열 수단(200)의 충전 밀도를 달리하여 구비시킬 수 있다.
다음으로, 흡열-방열 수단(200)은 상변화물질(PCM: Phase Change Material)로 이루어지되, 열폭주의 임계 온도 미만에서 상변화가 일어나는 상변화물질로 이루어진다.
본 발명에서 흡열-방열 수단(200)으로서 상변화물질은 물(H20), 물의 혼합물, 부동액, 및 부동액의 혼합물 중 적어도 어느 하나이거나 그들의 혼합물인 것이 바람직하다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 물의 경우 현열과 잠열을 비교할 때, 기화열이 현열 대비 5배 이상으로 매우 크며, 이를 이용하면 많은 열 에너지를 흡수하여 배출할 수 있다. 즉, 흡수한 열은 일정한 범위 내에서는 현열(sensible heat)로 나타나 전도와 대류를 통해 방열 기능을 하지만 특정 수준 이상의 열을 흡수하면 기화(수증기)하면서 잠열의 형태로 안전하고 빠르게 배출하게 되어, 사고 배터리의 발열로 인한 주위(내부) 온도 상승을 억제하고 정상 배터리와 주위 설비의 2차 사고를 동시에 방지할 수 있게 된다.
또한, 상변화물질로서 물을 채용할 경우, 쉽게 구할 수 있고, 흡열과 방열 기능을 증대시키기 위한 혼합물(예컨대, 부동액 등)을 첨가하여 사용할 수 있다. 또한, 상변화물질로서 물을 채용하는 경우, 사고가 발생한 후에도 재사용이 가능하므로 경제적이고, 2차 오염이 발생하지 않아 친환경이며, 유지 및 보수가 매우 단순하여 경제적이다.
다음으로, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 상변화 물질의 잠열을 이용한 배터리 시스템의 화재 방지 장치를 도 3 및 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 상변화 물질의 잠열을 이용한 배터리 시스템의 화재 방지 장치의 다른 실시 형태를 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 4는 본 발명에 따른 상변화 물질의 잠열을 이용한 배터리 시스템의 화재 방지 장치의 일부 구성을 분리하여 나타내는 도면이다.
아래 설명되는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 상변화 물질의 잠열을 이용한 배터리 시스템의 화재 방지 장치는, 상변화물질을 순환시킬 수 있는 구성에서 상기한 제1 실시 예와 차이점이 있다. 제2 실시 예에 따른 상변화 물질의 잠열을 이용한 배터리 시스템의 화재 방지 장치의 설명에서, 상기한 제1 실시 예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일 부호를 부여한다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 상변화 물질의 잠열을 이용한 배터리 시스템의 화재 방지 장치는, 둘 이상의 배터리가 이웃하여 구성되는 배터리 시스템에서 배터리의 상변화 물질의 잠열을 이용한 배터리 시스템의 화재 방지 장치로서, 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 크게 구획 벽체(300); 흡열-방열 수단(200); 및 흡열-방열수단 유입 배출 장치(400);를 포함한다.
구체적으로, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 상변화 물질의 잠열을 이용한 배터리 시스템의 화재 방지 장치는, 둘 이상의 배터리가 이웃하여 구성되는 배터리 시스템에서 상변화 물질의 잠열을 이용한 배터리 시스템의 화재 방지 장치로서, 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 상하좌우로 배터리(B) 간을 구획하고, 내부에 흡열-방열 수단(200)이 충전되는 수용 공간을 갖고 형성되도록 구성되는 구획 벽체(300); 구획 벽체(300) 내의 수용 공간에 구비되어 사고 배터리의 열폭주에 의한 열을 흡열하고 방출하도록 이루어지는 흡열-방열 수단(200); 및 흡열-방출 수단(200)을 구획 벽체(300)의 내부 공간에 공급하고, 외부로 배출되도록 구성되는 흡열-방열수단 유입 배출 장치(400);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
구획 벽체(300)는 배터리 시스템을 구성하는 배터리(B)의 형상이나 구조 또는 배치 관계에 따른 형태 또는 형상을 갖고 구성될 수 있다.
구획 벽체(300)는 배터리 시스템을 구성하는 배터리(B) 각각을 개별적으로 에워싸는 복수의 구획 벽체로 구성될 수 있다.
여기서, 복수의 구획 벽체(300)는 서로 연통되게 구성되고, 고정형으로 구현되는 것이 바람직하다. 즉, 구획 벽체(300)가 이동 가능한 구조이면 지진 등 천재지변에 취약할 수 있다.
또한, 구획 벽체(300)는 제1 실시 예와 마찬가지로 열전도성을 가지면서 전기전도도가 낮은 재질, 예를 들면 알루미늄 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
구획 벽체(300)에는 흡열 면적 및/또는 방열 면적을 증대시키기 위하여 외면에 복수의 방열핀이 형성되어 구성될 수 있다. 다시 말해서, 구획 벽체(300)는 배터리(B)를 향하는 구획 벽체의 외면 및/또는 내면에 제1 방열핀이 형성되며, 외부를 향하는 구획 벽체의 외면 및/또는 내면에 제2 방열핀이 형성되어 이루어질 수 있다.
계속해서, 흡열-방열 수단(200)은 상변화물질(PCM: Phase Change Material)로 이루어지되, 열폭주의 임계 온도 미만에서 상변화가 일어나는 상변화물질로 이루어진다.
제2 실시 예 또한 흡열-방열 수단(200)으로서 상변화물질은 상변화 이전에 액상으로 유지되고, 열에 의해 기체로 상변화되는 물(H20), 물의 혼합물, 부동액, 및 부동액의 혼합물 중 적어도 어느 하나이거나 그들의 혼합물인 것이 바람직하다.
다음으로, 흡열-방열수단 유입 배출 장치(400)는, 구획 벽체(300)의 상단 일측 또는 상부 일측에 형성되어 흡열-방열 수단(200)이 구획 벽체(300)의 내부 공간에 충전되도록 유입되는 유입구(410), 및 구획 벽체(300)의 상단 타측 또는 상부 타측에 형성되어 흡열-방열 수단(200)이 배출되는 배출구(420)를 포함한다.
흡열-방열 수단(200)으로서 상변화물질이 물인 경우, 유입구(410)를 통해 물이 충전되고, 사고 발생 시 사고 배터리에서 발생되는 열에 의해 스팀(steam)으로 상변화된 상변화물질이 배출구(420)를 통해 배출되게 된다.
여기서, 유입구(410)와 배출구(420) 각각에는 일방향 체크밸브가 구비될 수 있다. 구체적으로, 유입구(410)에는 공급방향으로는 개방 가능하고 그 반대방향으로는 폐쇄되는 일방향 체크밸브가 구성되고, 배출구(420)에는 배출방향으로는 개방 가능하고, 그 반대방향으로는 폐쇄되는 일방향 체크밸브가 구성될 수 있다.
한편, 흡열-방열수단 유입 배출 장치(400)는, 상변화물질을 순환시킬 수 있는 상변화물질 순환 장치부를 더 포함할 수 있다.
상기 상변화물질 순환 장치부는 구획 벽체(300)의 내측 및 외측 온도를 검출하도록 구비되는 온도 검출 모듈과, 구획 벽체(300)의 일측에 구성되어 상변화물질을 공급하도록 구성되는 상변화물질 공급수단과, 구획 벽체(300)의 타측 하단 일측에 형성되는 순환 배출구와, 상기 순환 배출구에 구비되며, 하기 제어부의 제어에 의해 개폐 동작하는 일방향 체크밸브와, 상기 온도 검출 모듈의 검출 온도를 전달받아 상기 상변화물질 공급수단 및 상기 일방향 체크밸브를 동작시켜 유입구(410)를 통해 상변화물질이 공급되도록 하고, 상기 순환 배출구를 통해 상변화물질이 배출되도록 하는 제어부를 포함할 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이 상변화물질은 물로 이루어질 수 있으며, 상기 상변환물질 공급수단은 예를 들면, 공급 펌프로 구성되어 물을 펌핑하거나, 통상의 물 공급망에 연결되어 개폐 조작으로 상기 유입구를 통해 구획벽체 내부로 공급되도록 할 수 있다.
상기 제어부는 상기 온도 검출 모듈에서 구획 벽체(300) 내의 상변화물질의 온도가 미리 설정된 온도(즉, 배터리 열폭주 발생 온도)에 다다르는 경우, 상기 상변화물질 공급수단과 일방향 체크밸브가 동작되도록 제어하게 된다.
상기한 상변화물질 순환 장치부를 더 포함하는 경우, 사고 배터리의 발생 열에 의해 상변화된(상변화물질이 물인 경우) 스팀이 일차적으로 배출구(420)를 통해 배출되어 방열시키고, 이러한 상변화물질의 상변화를 통한 방열에도 불구하고 배터리 시스템 내의 온도가 상승하여 설정 온도(예를 들면, 열폭주가 발생하는 임계 온도)에 다다르는 경우, 상기 상변화물질 공급수단과 일방향 체크밸브를 동작시켜 상대적으로 저온의 상변화물질이 공급되도록 함으로써 이차적인 방열을 실행하게 된다.
여기서, 상기 순환 배출구는 별도로 구성할 필요없이 배출구(420)가 순환 배출구로서의 역할을 할 수 있는 단일 배출구로 구성되거나, 일체로 형성될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 상변화 물질의 잠열을 이용한 배터리 시스템의 화재 방지 장치에 의하면, 열폭주로 인한 사고 배터리의 열을 효과적으로 흡수하고 방출하여 사고 배터리의 발열로 인한 주위 온도 상승을 억제하여 화재를 방지함으로써 주변 정상 배터리 및 주위 설비로의 2차 사고를 방지할 수 있도록 하는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 화재 방지를 위한 구성부들을 상대적으로 간단하게 구성하면서도 열폭주에 의한 화재를 효율적으로 방지할 수 있어 범용성과 경제성을 도모할 수 있으며, 화재 방지 기능을 실행한 후에도 재사용이 가능하며, 유지 및 보수가 단순하여 경제적인 이점이 있다.
상기한 바와 같은 실시 예들은 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 둘 이상의 배터리가 이웃하여 구성되는 배터리 시스템에서 상변화 물질의 잠열을 이용하여 화재를 방지하기 위한 화재 방지 장치로서,
    배터리 간을 구획하고, 내부에 하기 흡열-방열 수단이 충전되는 수용 공간을 갖고 형성되며, 배터리가 설치된 전체 공간을 외부와 격리하도록 구성되는 구획 벽체; 및
    상기 구획 벽체의 수용 공간에 구비되어 사고 배터리의 열폭주에 의한 열을 흡열하고 방출하도록 이루어지는 흡열-방열 수단
    을 포함하는 배터리 시스템의 화재 방지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구획 벽체는 모두 연통되게 구성되며,
    상기 흡열-방열 수단은 상변화물질(PCM: Phase Change Material)로 이루어지되, 열폭주가 발생하는 온도 미만에서 상변화가 일어나는 물질로 이루어지는 것
    을 특징으로 하는 배터리 시스템의 화재 방지 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 흡열-방열 수단은 물(H20), 물의 혼합물, 부동액, 및 부동액의 혼합물 중 적어도 어느 하나이거나 그들의 혼합물인 것
    을 특징으로 하는 배터리 시스템의 화재 방지 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 흡열-방출 수단을 상기 구획 벽체의 내부 공간에 공급하고, 외부로 배출하도록 구성되는 흡열-방열수단 유입 배출 장치
    를 더 포함하는 배터리 시스템의 화재 방지 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 흡열-방열수단 유입 배출 장치는,
    상기 구획 벽체의 상부 일측에 형성되어 상기 흡열-방열 수단이 유입되는 유입구; 및
    상기 구획 벽체의 상부 타측에 형성되어 흡열-방열 수단이 배출되는 배출구
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템의 화재 방지 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 구획 벽체의 내측 및 외측 온도를 검출하도록 구비되는 온도 검출 모듈;
    상기 유입구를 통해 상변화물질을 공급하도록 구성되는 상변화물질 공급수단;
    상기 구획 벽체의 타측 하부 일측에 형성되는 순환 배출구;
    상기 유입구 및 순환 배출구 각각에 구비되며, 하기 제어부에 제어에 의해 개폐 동작하는 일방향 체크밸브;
    상기 온도 검출 모듈의 검출 온도를 전달받아 상기 상변화물질 공급수단; 및 상기 일방향 체크밸브를 동작시켜 상기 유입구를 통해 상변화물질이 공급되도록 하고, 상기 순환 배출구를 통해 상변화물질이 배출되도록 하는 제어부
    를 더 포함하는 배터리 시스템의 화재 방지 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 배출구와 순환 배출구는 일체로 형성되는 것
    을 특징으로 하는 배터리 시스템의 화재 방지 장치.
  8. 청구항 1에 따른 배터리 시스템의 화재 방지 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
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