한국형잠수함의 리튬전지체계는 계층별로 다중 안전장치를 구현하여 모듈 단위의 열 폭주가 발생할 가능성은 현저히 낮지만,
예측 범위를 초과하는 미연의 상황에 대비해 모듈 케이스를 수조처럼 활용하여 모든 셀을 침수시키는 방식의 주수 소화장치를 개발하였다.주수 소화장치는 이상 징후가 식별된 모듈에 운용자가 소화호스를 직접 연결하는 수동 방식을 채택하였는데, 전자적 제어를 통한 자동 방식 대비 운용성에서 불리하나 계통이 직관적이고 단순하여 무기체계에서 필수적으로 요구되는 높은 신뢰성을 가지기 때문이다. 대신에 이를 고려하여 소화호스 체결부는 운용자가 신속하게 작업할 수 있도록 퀵 커플링 형태로 보완하였다.
주수 소화장치의 실제 운용은 특정한 셀의 온도가 65 ℃를 넘거나 과충전 안전장치(OSD: overchargesafety device)가 작동하면 소화호스를 해당 모듈의 퀵 커플링에 직접 체결하고, 이후 모듈 온도가 100 ℃를 초과했을 때 잠수함을 수면으로 부상시켜 독성 가스를 외부로 배출하는 것으로 시작되며 이후과정은 다음과 같다
리튬전지 소화장치 성능시험은 리튬전지모듈에 열 폭주 발생 시 주수 소화장치에 의한 화재 초기진압의 유효성을 확인할 목적으로 창원시 소재 한국전기연구원 내 방폭시험장에서 수행시험은 특정 셀에 필름 히터를 부착하여 인위적으로 가열하고, 해당 셀에 열 폭주 발생 시 모듈이 완전히 침수될 때까지 주수 후 인접 셀 및 모듈 전체로의 열 폭주 전이 여부를 확인하는 절차로진행되었다.
먼저, 필름 히터가 부착된 셀을 가열하자 Fig. 2와 같이 표면온도 약 150 ℃에서 venting(전지 표면이 개방되거나 터지는 현상)이 발생하였으며, 약 190 ℃에서 thermal runway(열 폭주)가 발생한 이후 약 1분 이내 최대 약 600 ℃까지 급격하게 온도가 상승하였다.
그리고 이 시점에 해당 셀과 인접한 리튬전지모듈 케이스 내부 벽면에 대한 국부 온도를 측정한 결과 최대 약 210 ℃까지 상승하였으나 주수 소화장치를 통한 소화수 투입 후 약 100 ℃까지 온도가 하강하였으며, 이후 2시간 동안 같은 수준을 유지하다 48시간 후 약 35 ℃까지 냉각이 완료되었다.
냉각된 이후 리튬전지는 소화수에 의해 완전히 방전되었으며, 특이 이상반응은 발생하지 않았다.
작성일 : 24-04-27 17:56
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