에너지 저장 시스템(ESS; Energy Storage System) 화재에 따른 안전성 문제가 대두되고 있다. 화재 원인으로는 과방전, 과충전, BMS 오류 등 있지만, 화재 발생이 제로에 가까울 수는 없다. 화재가 크게 확산하는 원인으로는 문제가 발생한 전지에서 바로 옆에 있는 전지로 퍼지기 때문이다. 즉 열 폭주 전의 현상이다. 이 열 폭주 전의 현상을 억제만 할 수 있다면, 초기에 화재 확산을 방지할 수 있다. 본 논문에서는 원통형 ...
에너지 저장 시스템(ESS; Energy Storage System) 화재에 따른 안전성 문제가 대두되고 있다. 화재 원인으로는 과방전, 과충전, BMS 오류 등 있지만, 화재 발생이 제로에 가까울 수는 없다. 화재가 크게 확산하는 원인으로는 문제가 발생한 전지에서 바로 옆에 있는 전지로 퍼지기 때문이다. 즉 열 폭주 전의 현상이다. 이 열 폭주 전의 현상을 억제만 할 수 있다면, 초기에 화재 확산을 방지할 수 있다. 본 논문에서는 원통형 리튬전지에서 있는 열 폭주 방지 기술(CID; Current Interrupt Device) 기술을 이용하여, 열 폭주 전의 현상을 사전에 차단할 수 있게 만들 목적이다. 즉, 원통형 리튬이온을 감싸주는 셀 홀더, 전지에 스폿용접(접합)으로 사용되는 플레이트, 전지와 전지 극성을 연결해주는 통로 역할을 해주는 버스 바, 이렇게 3가지 제품군의 형상을 변경하여, CID가 잘 작동할 수 있게 요건을 만들고, 기존 제품에서 셀 홀더는 재질 PC 난연, 전지와 전지 간격 최소 1mm 되어있으며, 전지와 셀 홀더 높이가 동일 선상으로 되어있어, 하나의 전지에서 발생하는 불꽃이 좌·우로 퍼질 수 있는 구조로 되어있다. 재질은 PC 난연, 전지와 전지 간격 본 논문 연구에 필요한 최소 간격 2mm, 셀과 셀 홀더의 고저 차 1mm를 주고, 좌·우 가림막을 만들어 전지에서 발생할 시 나오는 불꽃을 상부로 보내는 역할을 하게 만들었다. 플레이트 탭은 기존에는 일반적인 스폿용접에만 중점을 두었으며, 재질은 구리 0.8t, 크기는 전지 +극의 지름이 9mm면, 최소 10mm 이상 크기로 되어있어, 불꽃이 상부로 나가기 전 좌·우로 퍼지는 구조로 되어있다. 재질과 두께는 같고, 변경된 부분은 셀 홀더의 고저 차에 맞추어 1mm 고저를 주었으며, 전지 +극의 면적보다 작게 최대 9mm 만들어 CID 발생 시 상부로 불꽃이 나갈 수 있게 통로를 열어 두었다. 마지막으로 버스 바는 구리 1.2t, 형상은 전지의 +극 상부를 가리는 형상으로 되어있어 CID 발생 시 상부로 불꽃이 좌·우로 퍼지는 구조로 되어있으며, 재질과 두께는 같고 +극 상부를 가리지 않는 형상으로 변경하여 제작했다. 시험은 하나의 전지에 필름 히터를 부착하여, 강제로 열 폭주를 발생하게 하여 확산할 것인지 확인한다. 그 결과 초기에는 열 폭주 진행이 안 되었으나, 전기가 흐르는 도체에서 도체로 온도가 전이 되어, 온도상승으로 인해 소재가 녹아 좌·우로 번지는 현상이 발생했다. 이 문제에서 전극에 흐르는 도체 부분의 두께를 얇게 하여 온도상승 시 단락되는 퓨즈구조가 될 수 있게 플레이트 탭 0.8t에서 0.4t, 버스 바 1.2t에서 0.6t 변경하고 셀 홀더의 재질도 열에 강한 PBT 난연으로 변경하여 시험을 진행했다. 결과는 온도가 상승하는 구간에서 플레이트 탭, 버스 바가 단락되어 좌우에 있는 전지로 온도가 전이되지 않아 열 폭주 전의가 발생하지 않는다는 걸 확인 하였다. 본 논문에서 연구한 열 폭주 확산방지를 위한 형상 설계를 리튬이온 원통형 전지를 사용하는 배터리 업계에 사용되어 조기에 화재가 진압되어 안전과 재산을 지킬 수 있길 바란다.
에너지 저장 시스템(ESS; Energy Storage System) 화재에 따른 안전성 문제가 대두되고 있다. 화재 원인으로는 과방전, 과충전, BMS 오류 등 있지만, 화재 발생이 제로에 가까울 수는 없다. 화재가 크게 확산하는 원인으로는 문제가 발생한 전지에서 바로 옆에 있는 전지로 퍼지기 때문이다. 즉 열 폭주 전의 현상이다. 이 열 폭주 전의 현상을 억제만 할 수 있다면, 초기에 화재 확산을 방지할 수 있다. 본 논문에서는 원통형 리튬전지에서 있는 열 폭주 방지 기술(CID; Current Interrupt Device) 기술을 이용하여, 열 폭주 전의 현상을 사전에 차단할 수 있게 만들 목적이다. 즉, 원통형 리튬이온을 감싸주는 셀 홀더, 전지에 스폿용접(접합)으로 사용되는 플레이트, 전지와 전지 극성을 연결해주는 통로 역할을 해주는 버스 바, 이렇게 3가지 제품군의 형상을 변경하여, CID가 잘 작동할 수 있게 요건을 만들고, 기존 제품에서 셀 홀더는 재질 PC 난연, 전지와 전지 간격 최소 1mm 되어있으며, 전지와 셀 홀더 높이가 동일 선상으로 되어있어, 하나의 전지에서 발생하는 불꽃이 좌·우로 퍼질 수 있는 구조로 되어있다. 재질은 PC 난연, 전지와 전지 간격 본 논문 연구에 필요한 최소 간격 2mm, 셀과 셀 홀더의 고저 차 1mm를 주고, 좌·우 가림막을 만들어 전지에서 발생할 시 나오는 불꽃을 상부로 보내는 역할을 하게 만들었다. 플레이트 탭은 기존에는 일반적인 스폿용접에만 중점을 두었으며, 재질은 구리 0.8t, 크기는 전지 +극의 지름이 9mm면, 최소 10mm 이상 크기로 되어있어, 불꽃이 상부로 나가기 전 좌·우로 퍼지는 구조로 되어있다. 재질과 두께는 같고, 변경된 부분은 셀 홀더의 고저 차에 맞추어 1mm 고저를 주었으며, 전지 +극의 면적보다 작게 최대 9mm 만들어 CID 발생 시 상부로 불꽃이 나갈 수 있게 통로를 열어 두었다. 마지막으로 버스 바는 구리 1.2t, 형상은 전지의 +극 상부를 가리는 형상으로 되어있어 CID 발생 시 상부로 불꽃이 좌·우로 퍼지는 구조로 되어있으며, 재질과 두께는 같고 +극 상부를 가리지 않는 형상으로 변경하여 제작했다. 시험은 하나의 전지에 필름 히터를 부착하여, 강제로 열 폭주를 발생하게 하여 확산할 것인지 확인한다. 그 결과 초기에는 열 폭주 진행이 안 되었으나, 전기가 흐르는 도체에서 도체로 온도가 전이 되어, 온도상승으로 인해 소재가 녹아 좌·우로 번지는 현상이 발생했다. 이 문제에서 전극에 흐르는 도체 부분의 두께를 얇게 하여 온도상승 시 단락되는 퓨즈구조가 될 수 있게 플레이트 탭 0.8t에서 0.4t, 버스 바 1.2t에서 0.6t 변경하고 셀 홀더의 재질도 열에 강한 PBT 난연으로 변경하여 시험을 진행했다. 결과는 온도가 상승하는 구간에서 플레이트 탭, 버스 바가 단락되어 좌우에 있는 전지로 온도가 전이되지 않아 열 폭주 전의가 발생하지 않는다는 걸 확인 하였다. 본 논문에서 연구한 열 폭주 확산방지를 위한 형상 설계를 리튬이온 원통형 전지를 사용하는 배터리 업계에 사용되어 조기에 화재가 진압되어 안전과 재산을 지킬 수 있길 바란다.
Safety concerns are looming over energy storage system (ESS) fires. The causes of the fire include over-discharge, overcharging and BMS errors, but the fire outbreak cannot be close to zero percent. The reason why the fire spreads from the problematic battery to the battery next to it. That is to sa...
Safety concerns are looming over energy storage system (ESS) fires. The causes of the fire include over-discharge, overcharging and BMS errors, but the fire outbreak cannot be close to zero percent. The reason why the fire spreads from the problematic battery to the battery next to it. That is to say, it was thermal runaway. If we can control the phenomenon before this heat wave, we can prevent the spread of the fire in the early stages. The purpose of this paper is to make it possible to preemptively block the phenomenon before the heat wave by using the CID (Current Interrupt Device) technology in cylindrical lithium batteries. In other words, a cell holder covering cylindrical lithium ions, a plate used as a spot welding (welding) for batteries, a bus-bar that serves as a conduit for cell polarity, changes the shape of the three product groups to make the CID work well, and in the existing product, the cell holder is made of material PC(Polycarbonate) turbulence, battery and battery spacing of at least 1mm, which can be applied to the entire cell. The material gives PC turbulence, cell and cell spacing 2mm minimum clearance and 1mm high-low difference between cell and cell holder, and creates a left and right screen to send sparks from batteries to the top. Plate tabs previously focused only on common spot welding, and the size of the material is 0.8t of copper, 9mm of cell + pole diameter, and are at least 10mm of size, which means that the flame spreads to the left and right before it goes to the top. The material and thickness are the same, and the changed part is given 1mm of an altitude to match the high and low difference of the cell holder, and a maximum of 9mm is smaller than the area of the cell + pole, which opens the passageway for the flame to escape to the upper part of the CID. Finally, the busbar was constructed with 1.2t of copper and the shape covering the top of the battery plus the top of the battery so that the flame spread to the top and right when the CID occurred, and the material and thickness were changed to the same shape that does not cover the top of the + pole. The test is to verify that the film heater is attached to one battery, and that it is forced to cause the heat to dissipate. As a result, the temperature was transferred from an electrically charged conductor to a conductor, which caused the material to melt and spread to the left and right. In this problem, the test was conducted by changing the material of the cell holder from 0.8t of the plate tab to 0.4t, the bus bar 1.2t, and the material of the cell holder to a heat-resistant PBT flame so that the thickness of the conductor part flowing to the electrodes could be thin and shorted during temperature rise. The results confirmed that the plate tap and busbar shorted in the area where the temperature was raised did not transfer to the battery on the left or right, resulting in no heat surge. We hope that the shape design for the prevention of thermal runaway diffusion, as studied in this paper, will be used in the battery industry using lithium-ion cylindrical batteries, so that the fire can be brought under control early so that safety and property can be protected.
Safety concerns are looming over energy storage system (ESS) fires. The causes of the fire include over-discharge, overcharging and BMS errors, but the fire outbreak cannot be close to zero percent. The reason why the fire spreads from the problematic battery to the battery next to it. That is to say, it was thermal runaway. If we can control the phenomenon before this heat wave, we can prevent the spread of the fire in the early stages. The purpose of this paper is to make it possible to preemptively block the phenomenon before the heat wave by using the CID (Current Interrupt Device) technology in cylindrical lithium batteries. In other words, a cell holder covering cylindrical lithium ions, a plate used as a spot welding (welding) for batteries, a bus-bar that serves as a conduit for cell polarity, changes the shape of the three product groups to make the CID work well, and in the existing product, the cell holder is made of material PC(Polycarbonate) turbulence, battery and battery spacing of at least 1mm, which can be applied to the entire cell. The material gives PC turbulence, cell and cell spacing 2mm minimum clearance and 1mm high-low difference between cell and cell holder, and creates a left and right screen to send sparks from batteries to the top. Plate tabs previously focused only on common spot welding, and the size of the material is 0.8t of copper, 9mm of cell + pole diameter, and are at least 10mm of size, which means that the flame spreads to the left and right before it goes to the top. The material and thickness are the same, and the changed part is given 1mm of an altitude to match the high and low difference of the cell holder, and a maximum of 9mm is smaller than the area of the cell + pole, which opens the passageway for the flame to escape to the upper part of the CID. Finally, the busbar was constructed with 1.2t of copper and the shape covering the top of the battery plus the top of the battery so that the flame spread to the top and right when the CID occurred, and the material and thickness were changed to the same shape that does not cover the top of the + pole. The test is to verify that the film heater is attached to one battery, and that it is forced to cause the heat to dissipate. As a result, the temperature was transferred from an electrically charged conductor to a conductor, which caused the material to melt and spread to the left and right. In this problem, the test was conducted by changing the material of the cell holder from 0.8t of the plate tab to 0.4t, the bus bar 1.2t, and the material of the cell holder to a heat-resistant PBT flame so that the thickness of the conductor part flowing to the electrodes could be thin and shorted during temperature rise. The results confirmed that the plate tap and busbar shorted in the area where the temperature was raised did not transfer to the battery on the left or right, resulting in no heat surge. We hope that the shape design for the prevention of thermal runaway diffusion, as studied in this paper, will be used in the battery industry using lithium-ion cylindrical batteries, so that the fire can be brought under control early so that safety and property can be protected.
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