KR102021072B1 - 에너지저장장치의 화재예방 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에너지저장장치의 화재예방 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 일반적으로 수백kWh 이상의 전력을 저장하는 에너지저장장치(ESS, energy storage system)의 내부에서 화재가 발생하기 전에 화재 분위기를 사전에 감지하여 소화액을 ESS 시스템의 ESS 모듈에 분사함으로써, ESS의 화재를 미리 예방할 수 있는 에너지저장장치(ESS)의 화재예방 시스템에 관한 것이다.

Description

에너지저장장치의 화재예방 시스템{Fire protection system for energy storage system}
본 발명은 에너지저장장치의 화재예방 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 일반적으로 수백kWh 이상의 전력을 저장하는 에너지저장장치(ESS, energy storage system)의 내부에서 화재가 발생하기 전에 화재 분위기를 사전에 감지하여 소화액을 ESS 시스템의 ESS 모듈에 분사함으로써, ESS의 화재를 미리 예방할 수 있는 에너지저장장치(ESS)의 화재예방 시스템에 관한 것이다.
에너지 저장은 장치 혹은 물리적 매체를 이용하여 에너지를 저장하는 것을 말한다. 이에 쓰이는 장치를 축압기라고 하고, 더 넓은 범위의 시스템 전체를 "에너지 저장 시스템(Energy Storage System, ESS)"이라고 한다. 일반 가정에서 사용하는 건전지나 전자제품에 사용하는 소형 배터리도 전기에너지를 다른 에너지 형태로 변환하여 저장할 수 있지만 이런 소규모 전력저장장치를 ESS라고 말하지는 않고, 일반적으로 수백 kWh 이상의 전력을 저장하는 단독 시스템을 "ESS"라고 한다. ESS는 전력계통에서 발전, 송배전, 수용가에 설치되어 운영이 가능하며, 주파수 조정(Frequency Regulation), 신재생발전기 출력 안정화, 첨두부하 저감(Peak Shaving), 부하평준화(Load Leveling), 비상전원 등의 기능으로 사용된다. ESS는 전기에너지를 적게 사용할 때 저장하고 필요할 때 공급함으로써 에너지 이용효율 향상, 신재생에너지 활용도 제고 및 전력공급시스템 안정화에 기여할 수 있다.
현재, 에너지저장장치(ESS)에 압력, 과열, 진동, 충격, 쇼트, 과충전, 방전 등의 원인으로 인하여 화재가 빈번이 발생되고 있으며, 한번 발생된 화재는 진화가 매우 어려워 ESS 전체를 소실하고 있는 실정이다.
현존하는 ESS의 자동소화시스템의 문제점은 화재발생 이후 화재를 진압함에 있다. 실질적으로 발화된 이후에 자동소화시스템이 작동하여 소화시킴으로 화재의 전이를 막을 수는 있지만, 화재의 발생자체를 막을 수는 없다. 그리고, ESS 모듈 내에 화재가 일단 발생되면 적층된 ESS 모듈렉은 모두 소실되어 다시 재사용이 불가능함으로, ESS의 화재를 원천적으로 막을 수 있는 자동소화/자동예방 시스템에 대한 개발이 필요한 실정이다.
대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2013-0116277호(2013.10.23. 공개)
본 발명의 목적은 에너지저장장치(ESS) 내부의 배터리셀에서 압력, 과열, 진동, 충격, 쇼트, 과충전, 방전 등으로 인해 발생되는 열폭주 현상 중 전초 단계인 국소적으로 발생하는 이상온도를 사전에 감지하고, 배터리셀이 발화점의 온도에 도달하기 전에 해당 배터리셀이 위치하는 ESS 모듈렉 내에 소화약제를 분사함으로써 화재발생을 원천적으로 차단하는 에너지저장장치의 화재예방 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 ESS 모듈렉 내의 배터리셀의 온도를 각각 측정하여 배터리셀의 온도가 미리설정된 분사온도 이상인 경우에 해당 배터리셀이 위치하는 ESS 모듈렉에 설치된 솔레노이드 밸브를 자동으로 작동시킴으로써, 해당 ESS 모듈렉만을 선택적으로 소화하여 다른 ESS 모듈렉을 보호하고 해당 ESS 모듈렉만을 교체할 수 있는 경제적이고 안전성이 우수한, 에너지저장장치의 화재예방 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 에너지저장장치(ESS)의 화재를 미연에 방지하기 위한 에너지저장장치 화재예방 시스템은, 소화약제 공급관을 통해 소화약제를 공급하는 소화약제 공급조; ESS 모듈렉에 각각 설치되며, 전자제어판넬의 제어신호에 따라 온오프되어 상기 소화약제 공급조로부터 공급되는 소화약제를 각 ESS 모듈렉에 공급하는 솔레노이드 밸브; 상기 솔레노이드 밸브에 연결되어 해당 ESS 모듈렉에 소화약제를 분사하는 분사관; 상기 ESS 모듈내의 배터리셀에 측면에 각각 부착되어, 상기 배터리셀의 온도를 측정하는 온도센서; 각 ESS 모듈렉에 설치되어, 상기 온도센서에 전원을 공급하며, 상기 온도센서의 온도정보와 상기 온도센서의 위치정보를 수신하여 전자제어판넬로 전송하고, 해당 솔레노이드 밸브의 온오프를 제어하는 배터리 모니터링 제어기(BMC); 및 상기 배터리 모티터링 제어기에서 전송한 온도센서의 온도정보 및 위치정보를 수신하고, 수신한 온도센서의 온도정보와 위치정보에 따라, 임의의 온도센서의 온도값이 미리정해진 분사온도 이상으로 상승한 경우에 해당 온도센서가 위치하는 ESS 모듈렉에 위치하는 해당 솔레노이드 밸브를 열도록 제어신호를 전송하는 전자제어판넬;을 포함한다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 온도센서는 온도상승에 따라 전기저항값이 지속적으로 감소하는 NTC 센서가 사용된다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 전자제어판넬은 상기 온도센서의 온도값에 따라 위험온도 미만의 정상구간, 위험온도 이상에서 분사온도 미만의 위험구간, 분사온도 이상의 분사구간으로 구분하여 각 배터리셀의 상태를 파악하며,
상기 온도센서의 온도값이 위험구간에 도달한 경우, 상기 전자제어판넬와 통신적으로 연결된 사용자 인터페이스에 위험신호를 전송하며,
상기 온도센서의 온도값이 분사구간에 도달한 경우, 상기 사용자 인터페이스에 이상발생정보를 전송함과 동시에 해당 온도센서가 위치하는 ESS 모듈렉의 솔레노이드 밸브를 열어 해당 ESS 모듈렉 내의 배터리셀에 소화약제를 분사하도록 해당 배터리 제어기에 분사신호를 전송한다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 소화약제 공급관을 통해 공급되는 소화약제를 냉각시키는 소화약제 냉각기; 상기 소화약제 냉각기에 냉매를 공급하는 라지에이터;를 추가로 포함하되, 상기 소화약제 냉각기 내에는 냉매가 충진되고, 상기 소화약제 공급관이 지그재그로 상기 소화약제 냉각기 내를 관통하면서 열교환이 이루어진다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 솔레노이드 밸브의 측면에 각각 설치되어 상기 솔레노이드 밸브로 삽입되기 전에 상기 소화약제를 냉각시켜 소화효율을 높이기 위한 냉각팬이 추가로 설치된다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 솔레노이드 밸브는 상기 배터리 모니터링 제어기에서 공급되는 개폐 펄스 신호에 따라 On, Off가 교대로 반복 구동된다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 솔레노이드 밸브는 상기 BMC와 전기적으로 연결된 솔레노이드 케이블의 개폐신호에 따라 전류가 온오프되는 전자코일; 상기 전자코일에 전류가 도통시 상기 전자코일 내부를 따라 하강하는 피스톤; 상기 피스톤의 하부에 고정되어 상기 피스톤의 상하이동에 따라 상하이동하며, 하부에 하부경사면이 형성된 제1캠; 상기 제1캠을 탄성지지하는 제1 지지스프링; 상기 제1캠의 하부경사면에 대응하는 상부경사면과, 몸체의 내부에 형성되는 제1 지지체의 돌기부가 삽입되는 삽입홈이 형성된 제2캠; 상기 제2캠을 탄성지지하는 제2 지지스프링; 상기 제1캠, 상기 제1 지지스프링, 제2캠, 상기 제2 지지스프링을 일렬로 내부에 수용하고, 상기 제2캠 하부에는 소화약제를 수용하는 공간부가 형성되고, 상기 제1 지지스프링을 지지하고 하부에 경사면을 갖는 돌기부가 형성된 제1지지체와, 상기 제2 지지스프링을 지지하는 제2지지체와, 소화액제가 배출되는 오리피스 노즐을 갖는 몸체; 상기 제2캠의 하부에 고정형성되어 상기 오리피스 노즐을 개폐시키는 개폐막대; 및 상기 몸체의 측면에 부착되어 소화약제가 유입되는 유입관;를 포함하되, 상기 유입관을 통해 몸체 내로 유입된 소화약제는 공간부에 수용된 후 오리피스 노즐을 통해 배출된다.
이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명의 에너지저장장치의 화재예방 시스템은 국소적으로 발생되는 배터리 셀의 이상온도를 사전에 감지하고, 해당 배티리셀이 위치하는 ESS 모듈렉에 소화약제를 분사함으로써 화재발생 분위기의 원천 진압이 가능하고, 이에 따라 사람의 생명 및 재산을 보호할 수 있으며, 화재발생빈도를 줄여주어 소화애 필요한 예산을 절감할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 에너지저장장치의 화재예방 시스템은 이상온도가 감지되는 ESS 모듈렉만에 대해서만 소화약제의 분사가 이루어짐으로 다른 ESS 모듈렉을 보호하고 해당 ESS 모듈렉만을 교체할 수 있어 안전성이 우수할 뿐만아니라 경제성이 우수하다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 에너지저장장치 화재예방 시스템의 개략 구성도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 에너지저장장치 화재예방 시스템의 소화약제 냉각기의 단면도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 에너지저장장치 화재예방 시스템의 온도센서, 솔레노이드 밸브, BMC, 전자제어판넬 등의 연결상태를 나타내는 연결도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 에너지저장장치 화재예방 시스템의 솔레노이드 밸브의 투영도
도 5 및 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 에너지저장장치 화재예방 시스템의 솔레노이드 밸브의 작동원리를 설명하는 도면이며, 도 5는 솔레노이드 밸브의 개방동작을, 도 6은 솔레노이드 밸브의 폐쇄동작을 각각 도시한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
아래 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 에너지저장장치 화재예방 시스템의 개략 구성도이며, 도 2는 소화약제 냉각기의 단면도이며, 도 3은 에너지저장장치 화재예방 시스템의 온도센서, 솔레노이드 밸브, BMC, 전자제어판넬 등의 연결상태를 나타내는 연결도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 에너지저장장치(ESS) 화재예방 시스템은 소화약제 공급조(210), 각각의 ESS 모듈렉에 설치되는 솔레노이드 밸브(300), 솔레노이드 밸브의 개폐에 따라 배터리 셀에 소화약제를 분사하는 분사관(250), 각 ESS 모듈렉 내의 배터리셀 각각의 온도를 측정하는 온도센서(400), 배터리의 상태를 모니터링하는 배터리 모니터링 제어기(500) 및 본 시스템을 전체적으로 제어하는 전자제어판넬(600)을 포함한다. 바람직하게는 소화약제 냉각기(230), 라지에이터(220), 냉각팬(240)을 추가로 포함한다.
ESS 모듈렉(100)은 다수개가 적층되어 하나의 ESS를 구성한다(도 1 참조). ESS장치는 에너지 충전 및 방전을 제어하는 제어부(도시되지 않음)에 의해 제어된다. 각 ESS 모듈렉의 내부에는 통상 다수개의 배터리셀이 좌우로 일렬로 설치되어 하나의 ESS 모듈렉을 구성한다. 즉, 다수개의 배터리 셀이 모여서 하나의 ESS 모듈렉을 구성하고, 다수개의 ESS 모듈렉이 모여서 하나의 ESS 장치를 구성한다.
본 발명은 배터리셀의 온도가 미리설정된 온도(분사온도) 이상으로 상승한 경우에 소화약제를 해당 배터리셀이 위치하는 ESS 모듈렉 내에 분사하여 화재를 미연에 방지하는 시스템이다.
소화약제는 소화약제 공급조(210)에서 소화약제 공급관(200)을 통해 공급된다. 소화약제 공급조(210)는 소화약제가 저장되는 소화약제통(212)과, 상기 소화약제통 내의 소화약제가 소화약제 공급관을 통해 분출되도록 고압의 질소가 저장된 질소통(214)을 포함한다. 즉, 소화약제통 내의 소화약제는 고압의 질소가 분출시에 발생되는 분출압을 이용하여 베르누이의 원리로 질소와 함께 소화약제 공급관(200)을 통해 공급된다.
상기 소화약제는 전기절연성이 우수한 소화약제가 사용된다. 바람직하게는 "Fluoinated Ketone", 보다 바람직하게는 "perfluoro(2-methyl-3-pentaneone)"이 사용된다. 일예로 노벡(Novec) 1230(FK 5-1-12)이 사용될 수 있다. 노벡1230은 증발열이 물보다 25배 작으며, 증기압이 물보다 12배 크기 때문에 빠른 기화로 인하여 노출방출시 냉각효율을 극대화시킬 수 있다. 소화약제는 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 전기절연성이 우수한 소화약제는 다양한 종류의 소화약제가 사용될 수 있음은 물론이다.
소화약제 공급조(210)에서 분출된 소화약제는 소화약제 냉각기(230)에 의해서 냉각된다. 소화약제 냉각기(230)는 라지에이터(220)와 냉매관(222)을 통해 연결되어 있다. 즉, 라지에이터(220)의 냉매관(222)을 통해서 공급된 냉매는 상기 소화약제 냉각기(230)에 충진되고, 상기 소화약제 공급관(200)이 지그재그로 상기 소화약제 냉각기(230)를 관통함으로써, 열교환에 의해 소화약제가 냉각되게 된다.
소화약제 냉각기를 통과하는 소화약제 공급관(200)은 분기되어 각각의 ESS 모듈렉에 부착되는 솔레노이드 밸브(300)에 연결된다. 즉, 솔레노이드 밸브는 각각의 ESS 모듈렉에 설치된다. 솔레노이드 밸브(300)가 각각의 모듈렉에 설치됨으로, ESS 모듈렉 내의 배터리셀이 분사온도 이상으로 올라간 경우, 해당 배터리셀이 위치하는 ESS 모듈렉에 설치된 솔레노이드 밸브만을 열어서 소화약제를 분사할 수 있음으로 ESS 모듈렉 전체가 아니라 해당 ESS 모듈렉만은 선택적으로 소화약제를 분사할 수 있다.
솔레노이드 밸브(300)는 ESS 모듈렉에 각각 설치되며, 전자제어판넬의 제어신호에 따라 온오프되어 상기 소화약제 공급조로부터 공급되는 소화약제를 각 ESS 모듈렉에 공급한다. 솔레노이드 밸브의 세부작동원리는 하기에서 보다 상세히 설명하기로 한다.
소화약제가 솔레노이드 밸브에 공급되기 전에, 냉각팬(240)에 의해 추가적으로 냉각된다. 즉, 냉각팬(240)은 솔레노이드 밸브의 측면에 각각 설치되어 상기 솔레노이드 밸브로 삽입되기 전에 소화약제를 냉각시켜 소화효율을 높이기 위해서 설치된다.
냉각팬을 통과한 소화약제는 솔레노이드 밸브를 통과한 후, 분사관(250)을 통해 해당 ESS 모듈렉에 분사된다.
분사관(250)은 상기 솔레노이드 밸브에 연결되어 해당 ESS 모듈렉에 소화약제를 분사하는 관이다. 바람직하게는 분사관(250)은 도시된 바와 같이 상기 솔레노이드 밸브와 연결되는 주분사관(252)과, 상기 주분사관에서 분기되어 각각의 배터리셀에 대응해 각각의 배터리 셀에 소화약제를 분사하는 분기분사관(254)을 포함한다.
본 발명에 있어 각 배터리셀에 대응하는 분기분사관(254)을 형성하는 이유는 각각 배터리셀에 소화약제가 직접 분사되도록 하여 소화/냉각 효율을 극대화하기 위해서이다.
본 발명에 있어서, 온도의 감지는 각각의 배터리셀의 측면에 부착된 온도센서(400)에 의해서 이루어진다. 즉, 온도센서(400)는 ESS 모듈내의 배터리셀에 측면에 각각 부착되어, 해당 배터리셀의 온도를 각각 측정한다.
온도센서는 바람직하게는 NTC(negative temperature coefficient thermistor, 부온도계수 저항기)이 사용된다. NTC 센서는 온도 상승에 따라 전기저항이 지속적으로 감소하는 특성을 지닌다. NTC 센서는 온도상승시에 세라믹 비드를 통해 발생되는 전기저항 값을 읽어 온도를 측정한다. NTC 센서는 중앙의 세라믹 비드와 상기 세라믹 비드를 감싸는 pcb 보드(pcb board)로 이루어진다.
각 온도센서는 고유의 위치정보를 지닌다. 상기 위치정보는 ESS 모듈내의 배터리 셀의 측면에 부착되는 각 온도센서의 고유의 개별 주소를 의미한다. 위치정보는 해당 온도센서의 ESS 모듈랙의 위치정보 뿐만 아니라, ESS 모듈랙 내의 각 배터리셀의 위치정보까지 포함한다.
하나의 ESS 모듈렉 내의 모든 온도센서(400)는 하나의 온도센서 케이블(410)에 의해 직렬로 배터리 모니터링 제어기(BMC)에 연결된다. 상기 온도센서 케이블(410)은 4가닥 선을 포함한다. 2개의 선은 전원선(+)(-)이며, 다른 하나의 선은 온도센서의 온도정보를 전송하는 선이며, 나머지 하나의 선은 온도센서의 위치정보(즉, 주소정보)를 전송하는 선이다.
온도센서 케이블(410)은 직렬로 온도센서를 연결하고 있음으로, 전원, 온도정보, 위치정보를 양방향으로 BMC에 전송할 수 있다. 온도센서 케이블의 일부분에서 단락이 발생하거나 일부 온도센서가 손상이 발생되더라도, 양방향으로 전원, 온도정보, 위치정보가 전송됨으로 온도센서의 이상여부 및 온도센서 케이블의 이상여부를 BMC에서 감지할 수 있다. 온도센서의 이상여부 및 온도센서 케이블의 이상여부는 BMC에서 수집한 후, 전자제어판넬로 전송되어, 상기 전자제어판넬과 통신적으로 연결되는 사용자 인터페이스에 의해 확인가능하다.
온도센서 케이블(510)에 연결되는 배터리 모니터링 제어기(BMC, Battery monitoring controller, 500)는 각각의 ESS 모듈렉에 설치되어, 각 ESS 모듈렉 내의 온도센서에 전원을 공급하고, 온도센서의 온도정보와, 온도센서의 위치정보를 수신하여 전자제어판넬(600)을 전송하는 역할을 한다.
배터리 모니터링 제어기(500)는 또한 각 ESS 모듈렉에 설치되는 해당 솔레노이드 밸브(300)를 온오프 제어한다. 전자제어판넬(600)은 임의의 온도센서의 온도값이 미리정해진 분사온도 이상으로 상승한 경우에 해당 온도센서가 위치하는 ESS 모듈렉에 위치하는 해당 솔레노이드 밸브를 열도록 배터리 모니터링 제어기(500)에 제어신호를 전송하면, 상기 배터리 모니터링 제어기(500)는 상기 전자제어판넬(600)의 제어신호에 따라 해당 솔레노이드 밸브를 온오프시킨다. 배터리 모니터링 제어기(500)는 솔레노이드 밸브와 연결된 솔레노이드 케이블(390)에 의해 해당 솔레노이드 밸브를 제어한다.
온도센서의 온도정보, 위치정보 및 솔레노이드 개폐신호정보가 중간에 위치하는 배터리 모니터링 제어기를 거치지 않고(즉, 배터리 모니터링 제어기가 설치되지 않고), 직접 전자제어판넬로 연결될 수도 있으나, 이러한 경우 ESS내의 단위 배터리셀이 수천개 이상임으로 신호선이 복잡해지고, 단선여부 등을 파악하기 어려움으로, 시스템의 효율화를 위해서 온도센서와 전자제어판넬 사이에 중간체의 역할로 BMC를 설치하는 것이 바람직하다.
전자제어판넬(600)은 상기 온도센서의 온도값에 따라 정상구간, 위험구간, 분사구간으로 구분하여 각 배터리셀의 상태를 파악하는 데, 각 배터리셀의 상태를 정상상태, 위험상태, 분사상태로 구분한다.
정상구간은 정상상태의 온도 구간으로 해당 배터리셀의 온도가 위험온도 미만의 온도구간이며, 위험구간은 해당 배터리셀이 위험온도 이상에서 분사온도 미만의 온도구간이며, 분사구간은 해당 배터리셀이 매우 위험하여 소화약제를 분사하는 설정온도인 분사온도 이상의 온도구간을 의미한다.
바람직하게는, 위험온도는 약 60℃의 온도, 분사온도는 약 100℃의 온도로 설정할 수 있으나, 여기에 한정되는 것은 아니며, 사용자에 의해 다양한 온도값으로 설정할 수 있음은 물론이다.
온도센서의 온도값이 위험구간에 도달한 경우, 상기 전자제어판넬와 통신적으로 연결된 사용자 인터페이스에 위험신호를 전송하여, 사용자가 위험을 인지하도록 한다.
온도센서의 온도값이 계속 상승하여 분사온도 이상의 분사구간에 도달한 경우, 상기 사용자 인터페이스에 이상발생정보를 전송함과 동시에 해당 온도센서가 위치하는 ESS 모듈렉의 솔레노이드 밸브를 열어 해당 ESS 모듈렉 내의 배터리셀에 소화약제를 분사하도록 해당 배터리 제어기에 분사신호를 전송한다. 해당 배터리 제어기는 해당 솔레노이드 밸브를 열어 해당 ESS 모듈렉에 소화약제를 분사하게 된다. 해당 배터리셀의 온도가 설정된 온도 이하로 하강하거나, 소화약제가 소진되거나, 설정된 소화시간이 끝난 경우에는 전자제어모듈에서 BMC를 통해 분사중지신호를 전송하여 솔레노이드 밸브를 닫게 된다.
이와 같이, 전자제어판넬(600)은 ESS 모듈렉 내의 배터리셀에 설치된 각 온도센서의 온도정보 및 위치정보를 수신하고, 외부의 사용자 인터페이스에 연결되어 각 배터리셀의 온도정보 및 위치정보를 사용 인터페이스에 전송한다. PC, 스마트폰은 사용자 인터페이스로 사용될 수 있다.
사용자는 사용자 인터페이스를 통해 분사온도 이하의 경우에도 임의의 ESS 모듈렉에 소화약제를 분사하는 분사명령신호를 전송할 수 있다. 또한, 전자제어판넬(600)은 온도센서의 온도값에 따라 ESS 모듈렉에 설치된 솔레노이드 밸브의 온오프를 제어하며, 소화약제 공급조의 소화약제 충진상태를 모니터링할 수 있다.
본 발명의 솔레노이드 밸브(300)는 On 또는 Off시 지속적으로 전기가 공급되는 방식이 아니라, 개폐 펄스신호에 따라 On, Off가 교대로 반복되는 방식이다. 즉, 한번의 펄스신호에는 On되어 개방되고, 다음의 펄스신호에는 OFF되어 폐쇄되는 방식으로 구동된다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 에너지저장장치 화재예방 시스템의 솔레노이드 밸브의 투영도이다.
도 4를 참조하면, 전자코일(310), 피스톤(312), 제1캠(320), 제1 지지스프링(328), 제2캠(330), 제2 지지스프링(338), 몸체(350), 제1지지체(351), 제2지지체(352), 오리피스 노즐(354), 유입관(360)을 포함한다.
전자코일(310)은 BMC(500)와 전기적으로 연결된 솔레노이드 케이블(390)의 개폐신호에 따라 전류가 온오프된다. 도면에서 전자코일(310)은 내부의 피스톤을 도시하기 위해서, 부분절개하여 도시하였다.
전자코일 내부의 피스톤(312)은 전자코일(390)에 전류가 도통시 전자코일 내부를 따라 하강한다. 피스톤의 상승은 제1 지지스프링(328)의 탄성력에 의해 이루어진다.
제1캠(320)은 피스톤(312)의 하부에 고정설치된다. 피스톤(312)의 상하이동에 따라 상하이동한다. 제1캠의 하부에는 하부경사면(321)이 형성된다. 제1캠의 하부경사면은 제2캠의 상부경사면에 대응하는 형상을 지닌다.
제1 지지스프링(328)은 제1캠(320)을 탄성지지하는 코일 스프링이다. 제1 지지스프링(328)은 하부측은 몸체(350) 내부에 형성된 제1 지지체(351)에 의해 지지되고, 상부측은 제1캠(320)에 의해 지지된다.
제2캠(330)은 상부측에 상부경사면(331)과 삽입홈(332)이 형성되는데, 상부경사면(331)은 제1캠(320)의 하부경사면(321)에 대응하는 경사면이며, 상부경사면 사이에 형성되는 삽입홈(332)은 몸체(350) 내부에 형성된 제1 지지체(351) 돌기부(351a)가 삽입되는 홈이다. 도시된 바와 같이, 상기 삽입홈(332)는 상부경사면보다 하부로 더 깊게 형성된다.
제2 지지스프링(338)은 제2캠(330)을 탄성지지하는 코일 스프링이다. 제2 지지스프링은 하부측은 몸체(350)의 내부에 형성된 제2 지지체(352)에 의해 지지되고, 상부측은 제2캠(330)에 의해 지지된다.
몸체(350)는 상기 제1캠(320), 상기 제1 지지스프링(328), 제2캠(330), 상기 제2 지지스프링(338)을 일렬로 내부에 수용한다.
몸체(350)는 소화약제를 수용하는 공간부(353)가 제2캠 하부에 형성된다. 즉, 몸체의 공간부(352)는 제2 지지스프링(338)의 위치에 대응한다.
몸체의 내부에는 상기 제1 지지스프링을 지지하고 하부에 경사면(351b)을 갖는 돌기부(351a)가 형성된 제1지지체(351)와, 상기 제2 지지스프링(338)을 지지하는 제2지지체(352)와, 소화액제가 배출되는 오리피스 노즐(354)을 갖는다.
제2캠의 하부에 고정형성되는 기다란 개폐막대(340)는 상기 오리피스 노즐(354)을 개폐시켜, 소화약제의 개폐를 조절하는 부분이다.
몸체의 측면에 형성되는 유입관(360)은 외부의 소화약제가 몸체내로 유입되는 유입관이다. 유입관(360)을 통해 몸체 내로 유입된 소화약제는 몸체내의 공간부(353)에 수용된 후 개폐막대의 개폐 조절에 따라 오리피스 노즐(354)을 통해 배출된다.
도 5 및 도 6을 참조하여 솔레노이드 밸브의 작동원리를 설명하기로 한다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 에너지저장장치 화재예방 시스템의 솔레노이드 밸브의 작동원리를 설명하는 도면이다. 구체적으로, 도 5는 솔레노이드 밸브의 개방동작을, 도 6은 솔레노이드 밸브의 폐쇄동작을 각각 도시한다.
먼저, 도 5의 (A)의 상태에서 전자코일에 개폐 펄스신호가 인가되면, 피스톤(312)이 하강한다. 피스톤(312)이 하강함에 따라 제1캠(320)을 하강시키고, 이에 따라 제2캠(330)을 밀어 하강시킨다.
개폐 펄스신호가 끊기면, 도 5의 (B)와 같이, 제1 지지스프링의 탄성력에 의해서 제1캠(320)이 후퇴하고 이에 따라 피스톤(312) 또한 후퇴하게 된다.
그리고, 도 5의 (C)와 같이, 제2 지지스프링(338)에 의해 제2캠(330)이 상승하는 힘을 받고 있음으로, 제2캠(330)의 상부경사면(331)이 몸체의 제1지지체(351) 하부에 형성된 돌기부(351a)의 경사면(351b)을 따라 슬라이드하면서 제2캠(330)은 회전운동하게 된다.
다음으로, 도 5의 (D)와 같이, 회전운동하던 제2캠(330)의 삽입홈(332)으로 몸체의 돌기부(351a)가 삽입된다. 즉, 제2캠(330)은 제2지지스프링(338)에 의해 탄성지지되고 있음으로 제2캠(330)의 삽입홈(332)에 몸체의 돌기부(351a)가 삽입되면서 제2캠(330)은 상승하게 된다. 오리피스 노즐을 개폐하는 개폐막대(340)가 제2캠(330)의 하부에 고정형성되어 있음으로, 제2캠(330)이 상승함에 따라, 개폐막대가 상승하여 막고 있던 오리피스 노즐을 개방하게 된다.
이로써, 솔레노이드 밸브가 개방되어, 해당솔레노이드 밸브가 부착된 ESS 모듈렉내의 배터리셀에 소화약제의 분사가 이루어진다.
다음은 도 6을 참조하여, 솔레노이드 밸브의 폐쇄동작을 설명한다.
도 5의 (D)의 상태에서 다시 한번 전자코일에 개폐 펄스신호가 인가되면, 도 6의 (A)와 같이, 피스톤(312)이 하강한다. 피스톤(312)이 하강함에 따라 제1캠(320)을 하강시키고, 제1캠(320)은 제2캠(330)을 밀어 제2캠(330)을 하강시킨다.
개폐 펄스신호가 끊기면, 도 6의 (B)와 같이, 제1 지지스프링의 탄성력에 의해서 제1캠(320)이 후퇴하고 이에 따라 피스톤(312) 또한 후퇴하게 됨과 동시에, 제2 지지스프링(338)에 의해 제2캠(330)이 상승하는 힘을 받고 있음으로, 제2캠(330)의 상부경사면(331)이 몸체 내부의 제1지지체(351) 하부에 형성된 돌기부(351a)의 경사면(351b)을 따라 슬라이드하면서 제2캠(330)은 회전운동하게 된다.
그리고, 도 6의 (C)와 같이 회전운동하던 제2캠(330)은 그 상부경사면(331)이 제1지지체의 돌기부(351a)에 걸리게 된다. 이에 따라, 몸체내의 제1지지체(351)의 하부에 형성된 돌기부(351a)는 제2캠(330)이 더 이상 상승하지 못하도록 누리고 있음으로, 제2캠 하부에 형성된 개폐막대(340)는 더 이상 상승하지 못하고, 오리피스노즐을 폐쇄하게 된다. 이로써, 솔레노이드 밸브는 폐쇄하여 소화약제의 분사가 멈추게 된다.
이와 같이, 본 발명의 솔레노이드 밸브는 지속적으로 전기신호가 공급하는 것이 아니라 개폐 펄스신호를 공급함에 따라 On, Off가 교대로 반복 구동되는 것이다.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야 한다.
100: ESS 모듈렉
200: 소화약제 공급관 210: 소화약제 공급조
212: 소화약제통 214: 질소통
220: 라지에이터 222: 냉매관
230: 소화약제 냉각기 240: 냉각팬
250: 분사관
252: 주분사관 254: 분기분사관
300: 솔레노이드 밸브
310: 전자코일 312: 피스톤
320: 제1캠 321: 하부 경사면
328: 제1 지지스프링
330: 제2캠 331: 상부경사면
332: 삽입홈
338: 제2 지지스프링 340: 개폐막대
350: 몸체 351: 제1지지체
351a: 돌기부 351b: 경사면
352: 제2지지체
353: 공간부 354: 오리피스 노즐
360: 유입관
390: 솔레노이드 케이블
400: 온도센서 410: 온도센서 케이블
500: 배터리 모니터링 제어기(BMC, Battery monitoring controller)
600: 전자제어판넬

Claims (8)

  1. 에너지저장장치(ESS)의 화재를 미연에 방지하기 위한 에너지저장장치 화재예방 시스템에 있어서,
    소화약제 공급관을 통해 소화약제를 공급하는 소화약제 공급조;
    ESS 모듈렉에 각각 설치되며, 전자제어판넬의 제어신호에 따라 온오프되어 상기 소화약제 공급조로부터 공급되는 소화약제를 각 ESS 모듈렉에 공급하는 솔레노이드 밸브;
    상기 솔레노이드 밸브와 연결되는 주분사관(252)과, 상기 주분사관에서 분기되어 각각의 배터리 셀에 소화약제를 분사하는 분기분사관(254)을 갖는 분사관;
    상기 ESS 모듈내의 배터리셀에 측면에 각각 부착되어, 상기 배터리셀의 온도를 측정하는 온도센서;
    각 ESS 모듈렉에 설치되어, 상기 온도센서에 전원을 공급하며, 상기 온도센서의 온도정보와 상기 온도센서의 위치정보를 수신하여 전자제어판넬로 전송하고, 해당 솔레노이드 밸브의 온오프를 제어하는 배터리 모니터링 제어기(BMC); 및
    상기 배터리 모니터링 제어기에서 전송한 온도센서의 온도정보 및 위치정보를 수신하고, 수신한 온도센서의 온도정보와 위치정보에 따라, 임의의 온도센서의 온도값이 미리정해진 분사온도 이상으로 상승한 경우에 해당 온도센서가 위치하는 ESS 모듈렉에 위치하는 해당 솔레노이드 밸브를 열도록 제어신호를 전송하는 전자제어판넬;을 포함하되,
    상기 ESS 모듈의 온도 측정은 ESS 모듈내의 각 배터리 셀 단위로 각각 개별적으로 이루어지며, 소화약재의 분사도 상기 분기분사관을 통해 ESS 모듈내의 배터리 셀에 직접 분사가 이루어지며,
    상기 온도센서는 온도상승에 따라 전기저항값이 지속적으로 감소하는 NTC 센서가 사용되며,
    상기 전자제어판넬은 상기 온도센서의 온도값에 따라 위험온도 미만의 정상구간, 위험온도 이상에서 분사온도 미만의 위험구간, 분사온도 이상의 분사구간으로 구분하여 각 배터리셀의 상태를 파악하며,
    상기 온도센서의 온도값이 위험구간에 도달한 경우, 상기 전자제어판넬와 통신적으로 연결된 사용자 인터페이스에 위험신호를 전송하며,
    상기 온도센서의 온도값이 분사구간에 도달한 경우, 상기 사용자 인터페이스에 이상발생정보를 전송함과 동시에 해당 온도센서가 위치하는 ESS 모듈렉의 솔레노이드 밸브를 열어 해당 ESS 모듈렉 내의 배터리셀에 소화약제를 분사하도록 해당 배터리 제어기에 분사신호를 전송하며,
    상기 솔레노이드 밸브는 상기 배터리 모니터링 제어기에서 공급되는 개폐 펄스 신호에 따라 On, Off가 교대로 반복 구동되는 것을 특징으로 하는 에너지저장장치 화재예방 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전자제어판넬은
    상기 ESS 모듈렉 내의 배터리셀에 설치된 각 온도센서의 온도정보 및 위치정보를 수신하고,
    외부의 사용자 인터페이스에 연결되어 상기 온도정보 및 상기 위치정보를 사용 인터페이스에 전송하고,
    상기 온도값에 따라 상기 ESS 모듈렉에 설치된 솔레노이드 밸브의 온오프를 제어하는 것을 특징으로 하는 에너지저장장치 화재예방 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 소화약제 공급관을 통해 공급되는 소화약제를 냉각시키는 소화약제 냉각기;
    상기 소화약제 냉각기에 냉매를 공급하는 라지에이터;를 추가로 포함하되,
    상기 소화약제 냉각기 내에는 냉매가 충진되고, 상기 소화약제 공급관이 지그재그로 상기 소화약제 냉각기 내를 관통하면서 열교환이 이루어지는 것을 특징으로 하는 에너지저장장치 화재예방 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 솔레노이드 밸브의 측면에 각각 설치되어 상기 솔레노이드 밸브로 삽입되기 전에 상기 소화약제를 냉각시켜 소화효율을 높이기 위한 냉각팬이 추가로 설치되는 것을 특징으로 하는 에너지저장장치 화재예방 시스템.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 솔레노이드 밸브는
    상기 BMC와 전기적으로 연결된 솔레노이드 케이블의 개폐신호에 따라 전류가 온오프되는 전자코일;
    상기 전자코일에 전류가 도통시 상기 전자코일 내부를 따라 하강하는 피스톤;
    상기 피스톤의 하부에 고정되어 상기 피스톤의 상하이동에 따라 상하이동하며, 하부에 하부경사면이 형성된 제1캠;
    상기 제1캠을 탄성지지하는 제1 지지스프링;
    상기 제1캠의 하부경사면에 대응하는 상부경사면과, 몸체의 내부에 형성되는 제1 지지체의 돌기부가 삽입되는 삽입홈이 형성된 제2캠;
    상기 제2캠을 탄성지지하는 제2 지지스프링;
    상기 제1캠, 상기 제1 지지스프링, 제2캠, 상기 제2 지지스프링을 일렬로 내부에 수용하고, 상기 제2캠 하부에는 소화약제를 수용하는 공간부가 형성되고,
    상기 제1 지지스프링을 지지하고 하부에 경사면을 갖는 돌기부가 형성된 제1지지체와, 상기 제2 지지스프링을 지지하는 제2지지체와, 소화액제가 배출되는 오리피스 노즐을 갖는 몸체;
    상기 제2캠의 하부에 고정형성되어 상기 오리피스 노즐을 개폐시키는 개폐막대; 및
    상기 몸체의 측면에 부착되어 소화약제가 유입되는 유입관;를 포함하되,
    상기 유입관을 통해 몸체 내로 유입된 소화약제는 공간부에 수용된 후 오리피스 노즐을 통해 배출되는 것을 특징으로 하는 에너지저장장치 화재예방 시스템.
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