KR102051810B1

KR102051810B1 - Battery protection method and apparatus using integrated environment monitoring system

Info

Publication number: KR102051810B1
Application number: KR1020190110624A
Authority: KR
Inventors: 서정렬; 배진용; 안권웅
Original assignee: 인셀(주)
Priority date: 2019-09-06
Filing date: 2019-09-06
Publication date: 2019-12-04
Also published as: WO2021045578A1; KR102051810B9

Abstract

The present invention relates to a battery protection device and a method therefor. More specifically, the present invention relates to a battery protection device and a method therefor, involving algorithms for early detection of gas leak based on allowable sensitivity and a lower limit value to EMA obtained based on a sensor signal value measured by a gas sensor installed in a space including a battery, cumulative warning index algorithms to prevent the sensor from malfunctioning, a method using a comparison sensor, and prediction on condensation and moisture condensation points in the space including the battery using an environmental monitoring sensor installed to monitor a battery environment.

Description

Battery protection method and apparatus using an integrated environment monitoring device {Battery protection method and apparatus using integrated environment monitoring system}

본 발명은 배터리를 감싸는 함체 또는 공간 내 운영 환경과 배터리 손상 여부를 감시하고 화재위험으로부터 배터리를 보호하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가스 센서로 부터 측정된 센서 신호값을 바탕으로 구한 평균값과 여러 가지 허용 임계치 등을 참고하여 가스 누출을 조기 감지하는 알고리즘 또는 가스 센서의 오작동을 방지하기 위한 다양한 알고리즘 등을 포함하여 열 폭주를 방지하는 배터리 보호 방법 및 장치에 관한 것이며 열폭주가 임박할 때 발생하는 연기나 분진을 감지하여 즉각적인 소화장치를 작동하여 화재를 예방하는 배터리 보호 방법 및 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a method and apparatus for monitoring an operating environment and battery damage in a enclosure or space surrounding a battery and protecting the battery from a fire hazard, and more specifically, based on a sensor signal value measured from a gas sensor. Battery protection methods and devices to prevent thermal runaway, including algorithms for early detection of gas leaks or various algorithms to prevent gas sensor malfunctions by referring to average values and various permissible thresholds. The present invention relates to a battery protection method and device which detects smoke or dust generated when a fire extinguishing device is activated and prevents fire.

또한 배터리를 포함하는 함체나 공간내의 환경을 감시하여 결로나 국지적인 수분 집결현상을 예측하는 알고리즘을 포함하는 배터리 보호 방법 및 장치에 관한 것이다.In addition, the present invention relates to a battery protection method and apparatus including an algorithm for predicting condensation or local moisture collection by monitoring an environment in a enclosure or a space including a battery.

일반적으로 배터리는 제품군에 따른 적용이 용이하고, 우수한 보존성 및 높은 에너지 밀도 등의 특성을 가지고 있다. In general, the battery is easy to apply according to the product range, and has characteristics such as excellent storage and high energy density.

또한, 화석 연료의 사용을 감소시킬 수 있다는 일차적 장점뿐만 아니라, 에너지 사용에 따른 부산물이 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 에너지 공급원으로 주목 받고 있다.In addition, as well as the primary advantage of reducing the use of fossil fuel, it is attracting attention as an energy source for improving the environment and energy efficiency in that by-products are not generated due to the use of energy.

때문에, 배터리는 휴대용 기기, 전기차량, 전력 공급 시스템등 다양한 응용 분야에 에너지 저장 시스템(Energy Storage System; ESS)으로 사용되며 다양한 산업의 기반이 됨과 동시에 일상 생활에 편의성을 제공해 주고 있다.Therefore, the battery is used as an energy storage system (ESS) for various applications such as portable devices, electric vehicles, power supply systems, etc., and serves as a basis for various industries and provides convenience for daily life.

하지만, 이러한 배터리는 운영 중 사용 환경의 부주의나, 제조상 결함, 설치시 부주의, 미흡한 보호 설계 등이 잠재적 고장 요인으로 작용하여 지속적인 스트레스를 받게 된다. 이러한 지속적인 스트레스는 예컨대 배터리가 과충전되거나 수명이 소진될 경우, 배터리 내부 전해액의 전기적, 화학적 열적 반응을 위험수준으로 유도하고 배터리의 내부 압력을 증가시키며 배터리 내부에서 발생하는 전기적, 화학적 작용으로 인하여 결국 다양한 메카니즘을 통해 기화 분해된 전해액 가스가 배터리 외부로 배출되거나 배터리의 케이스가 부풀어 오르는 스웰링현상 등이 초래된다. 이러한 현상은 배터리의 수명 단축, 용량 저하시킨다. 또한 즉각적인 대응 조치가 이루어지지 않을 때, 배터리 내 가속화된 열적 화학적 반응으로 배터리 내부 분해된 내용물이 분진과 연기의 형태로 배출되며 결국 열폭주가 발생하며 이는 화재 및 폭발과 같은 사고로 이어질 수 있다. However, these batteries are subject to constant stress due to inadvertent use of the environment during operation, manufacturing defects, inadvertent installation, and poor protection design. This constant stress can lead to dangerous levels of electrical and chemical thermal reactions of the electrolyte inside the battery, to increase the internal pressure of the battery, and to the electrical and chemical effects occurring inside the battery, for example, when the battery is overcharged or exhausted. Through the mechanism, the gaseous decomposition gas is discharged to the outside of the battery, or the swelling phenomenon in which the case of the battery swells is caused. This phenomenon shortens the life of the battery and decreases its capacity. In the absence of immediate response, accelerated thermal chemical reactions within the battery release the contents of the battery, in the form of dust and smoke, resulting in thermal runaway, which can lead to accidents such as fire and explosion.

실제 국내뿐만 아니라 해외에서도 배터리 시스템에 화재나 폭발 사고가 이어지고 있으며 그에 따른 직접적 경제적 손실과 배터리에 대한 화재 위험성에 대한 인식으로 에너지 산업 전반에 침체를 불러 오고 있다. 하지만 배터리가 가지고 있는 여러 장점과 앞으로 도래할 4차 산업의 필수 구성 요소로써 무궁한 잠재성을 가진 배터리 산업의 올바른 성장을 위해 주의 깊은 감시와 적절한 제어를 통한 배터리의 안정적 사용 요구와 잠재적 사고 요인으로부터 배터리를 보호할 높은 수준의 안전 설계가 요구 되고 있는 실정이다. Indeed, in Korea as well as abroad, fire or explosion accidents are occurring in battery systems, which has caused a slowdown in the energy industry as a result of direct economic losses and fire risks for batteries. However, from the need for stable use of batteries and the potential for accidents, through careful monitoring and proper control, for the proper growth of the battery industry with the many advantages of batteries and their potential as an essential component of the forthcoming industry. There is a need for a high level of safety design to protect the system.

이에 따라, 배터리의 가스 배출 현상 감지 및 배터리 보호와 관련된 다양한 연구 개발이 진행되어 왔으며, 일례로 가스 측정 수단을 이용하여 배출된 가스의 농도 변화를 감지하는 기술이 공지된 바 있다.Accordingly, various research and development related to the detection of the gas discharge phenomenon and battery protection of the battery has been in progress, for example, a technique for detecting a change in the concentration of the discharged gas using a gas measuring means has been known.

그러나, 이와 같은 배터리 셀의 물리적 부피 팽창은 가스 누출이 충분히 진행되어야 발생되며, 배터리로부터 가스가 배출된다는 것은 배터리 내부의 손상이 이미 충분히 진행되고 있다는 것이며 배터리의 배출 가스 현상을 초기에 감지하여 적절한 대응이 이루어지지 않으면 열폭주 현상으로 진행되어 발화가 일어날 수 있는 위험성이 크다. 또한 배터리로부터 배출되는 연기나 분진은 열 폭주가 임박한 징후로 즉각적인 소방 대응을 하지 않으면 화재로 진행될 위험성이 매우 크다.However, the physical volume expansion of such a battery cell occurs only when gas leakage is sufficiently progressed, and gas discharge from the battery indicates that the internal damage of the battery is already sufficiently progressed. If this is not done, there is a high risk of ignition due to thermal runaway. In addition, smoke or dust emitted from the battery is a sign of impending thermal runaway and there is a high risk of fire if it does not respond immediately.

배터리 운영 환경 미흡 같은 외부 환경 요인도 배터리 화재의 주요 요인이 되고 있으며 이를 테면 배터리를 포함하는 공간내의 주변 온도와 배터리 표면의 온도 차이로 인해 결로가 발생할 수 있으며 이러한 수분은 특히나 분진과 결합하여 절연을 약화시켜 단락을 일으켜 화재 위험성을 증가시킨다. 또한 배터리를 저장하는 공간 내 벽체 이음새 부분의 부주의한 시공이나 외벽의 불충분한 단열 시공 등 여러 요인으로 인해 배터리를 저장하는 공간 내 국지적인 지점에 수분 집결이 있을 수 있다. 이로 인해 주변에 있는 배터리나 전기 시설물의 절연을 약화시키고 안전 사고의 위험성을 증대시킨다.External environmental factors, such as lack of battery operating environment, are also a major contributor to battery fires, for example, condensation may occur due to temperature differences between the battery surface and the ambient temperature in the space containing the battery. Weakening causes a short circuit, increasing the risk of fire. In addition, there may be moisture gathering at local points within the battery storage space due to various factors, such as inadvertent construction of wall seams in the battery storage space or insufficient insulation of the exterior walls. This weakens the insulation of nearby batteries or electrical installations and increases the risk of a safety accident.

한국공개특허 제2017-0031940호Korean Laid-Open Patent No. 2017-0031940 한국공개특허공보 제2009-0131573호Korean Laid-Open Patent Publication No. 2009-0131573 미국등록특허 제6204769호US Patent No. 6204769

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 최적의 운영 조건 유지로 배터리 성능/수명/안전성 향상과 외부 환경요인에 의한 화재 위험성 감소와 배터리 손상 조건으로 인한 화재 위험성을 감소하기 위한 알고리즘을 포함하는 배터리 보호 장치를 제공하는 데 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, an algorithm for reducing the risk of fire caused by battery damage conditions and the reduction of fire risk due to external environmental factors and improved battery performance / life / safety by maintaining optimal operating conditions An object is to provide a battery protection device comprising.

또한 본 발명은 가스 센서를 이용해 배터리로부터 배출되는 가스를 감지한 가스 센서값을 통해 이동 지수 평균값 (EMA)를 연산하고, EMA를 바탕으로 허용 민감도(LB1), 하한 한계값(LB2)을 결정하고 상기 측정된 가스 센서값과 상기 허용 민감도 크기를 비교함으로써 센서의 민감도나 외부환경요인으로 인한 센서의 오작동을 줄이고 또한 상기 센서값과 하한 한계값을 비교하여 검출된 가스량의 위험 수준을 신속하게 판단하고 그에 따른 일정 단계의 알람을 관리자 단말기에 전송하는 배터리 보호 장치를 제공하는 데 목적이 있다.In addition, the present invention calculates the moving index average value (EMA) through the gas sensor value that detects the gas discharged from the battery using a gas sensor, and determines the allowable sensitivity (LB1), the lower limit limit value (LB2) based on the EMA By comparing the measured gas sensor value and the allowable sensitivity level, the sensor malfunction due to the sensitivity of the sensor or external environmental factors is reduced, and the risk level of the detected gas amount is quickly determined by comparing the sensor value with the lower limit value. Accordingly, an object of the present invention is to provide a battery protection device for transmitting a predetermined level of alarm to an administrator terminal.

또한 본 발명은 분진 및 연기 감지 센서를 이용해 열 폭주 전 배터리로부터 배출되는 분진과 연기를 감지하여 상기 센서와 연계된 소화설비를 자동 가동하도록 하여 특정 위치에만 (상기 연계된 감지 센서가 설치된 공간) 직접적으로 소화를 함으로써 다른 장비들을 보호하고 궁극적으로는 배터리를 화재로부터 예방하는 배터리 보호 장치를 제공하는 데 목적이 있다.In addition, the present invention is to detect the dust and smoke discharged from the battery before thermal runaway using the dust and smoke detection sensor to automatically start the fire extinguishing equipment associated with the sensor only in a specific location (the space where the associated detection sensor is installed) directly Its purpose is to provide a battery protection device that protects other equipment by ultimately extinguishing and ultimately prevents the battery from fire.

또한 본 발명은 배터리를 포함하는 공간내에 설치된 환경 감시 센서를 이용하여 배터리의 운영 환경을 감시하고 측정된 환경 변수를 통해 결로가 발생할 수 있는 조건을 계산하여 결로 현상을 예측하고 일정 단계의 알람을 관리자 단말기에 전송하는 배터리 보호 장치를 제공하는 데 목적이 있다.In addition, the present invention monitors the operating environment of the battery using the environmental monitoring sensor installed in the space including the battery, and calculates the conditions that can cause condensation through the measured environmental variables to predict the condensation phenomenon and to manage the alarm of a certain stage An object of the present invention is to provide a battery protection device for transmitting to a terminal.

또한 본 발명은 배터리 시스템을 포함하는 공간내 여러 지점에 배치된 환경 감시 센서를 이용하여 배터리 실내 운영 환경을 감시하고 측정된 환경 변수를 통해 국지적 수분 집결이 발생할 수 있는 곳을 예측하여 그에 따른 경보를 관리자 단말기에 전송하는 배터리 보호 장치를 제공하는 데 목적이 있다.In addition, the present invention monitors the indoor operating environment of the battery using environmental monitoring sensors disposed at various points in the space including the battery system, predicts where local moisture collection may occur through measured environmental variables, and alerts accordingly. An object of the present invention is to provide a battery protection device for transmitting to a manager terminal.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 배터리 보호 장치를 통해 제어하는 배터리 보호 장치를 이용한 알람 방법에 있어서, 배터리를 포함하는 함체 또는 공간내에서 배터리의 손상으로 인해 새어나오는 가스 검출로 가스의 량을 판단하여 경보를 발생하는 배터리 보호 장치를 이용하는 방법에 있어서, 배터리를 포함하는 함체 또는 공간 내에 설치된 가스 센서에서 i번째 시간에 측정된 가스 센서값(y_i)을 통해 현 지수 이동 평균(현 EMA)값을 계산하여 이를 기준으로 센서의 허용 민감도(LB1)와 하한 한계값(LB2)을 결정하고 상기 y_i를 LB1 과 LB2 과 비교 평가한다. 상기 y_i가 LB1보다 클 때, 배터리가 정상상태라고 판단하며 알람 상수를 0(=정상)으로 정하고 상기 yi가 LB1과 LB2 구간 사이 일 때, 센서의 민감도에 의한 변화인지 배터리로부터 실제로 소량의 가스가 배출되는 지를 판단하기 위해 상기 y_i값이 LB1과 LB2 구간사이에 머무르는 사이 연속적으로 감소하는 횟수를 누적 계산한 현 경고누적지수를 최대누적지수 와 비교하여 현 경고누적지수가 최대누적지수보다 작을시 알람 상수를 0(=정상)으로 정하며 그렇지 않을시 1(=주의)로 정하고, 상기 y_i가 LB2보다 작을 시, 배터리로부터 급격한 가스 배출로 판단하여 알람 상수를 2(=비상)으로 정한다. In order to solve the above problems, the present invention provides an alarm method using a battery protection device controlled through a battery protection device, the amount of gas is determined by the detection of gas leaking due to damage to the battery in the enclosure or space containing the battery by a method using a battery protection device for generating an alarm, the gas sensor is installed in the housing or space including the battery of the gas sensor measured values to the i-th time (y _i) of the current exponential moving average (now EMA) value through Based on this, the permissible sensitivity (LB1) and the lower limit value (LB2) of the sensor are determined based on this, and y _i is compared and evaluated with LB1 and LB2. When y _i is greater than LB1, it is determined that the battery is in a normal state, and when the alarm constant is set to 0 (= normal) and yi is between LB1 and LB2 intervals, a small amount of gas from the battery is actually changed by the sensitivity of the sensor. The current cumulative index is smaller than the maximum cumulative index by comparing the cumulative current cumulative index with the maximum cumulative index, which is a cumulative decrease in the number of times y _i stays between LB1 and LB2 intervals to determine whether The time alarm constant is set to 0 (= normal), otherwise it is set to 1 (= attention), and when y _i is less than LB2, the alarm constant is determined to be 2 (= emergency) by judging rapid gas discharge from the battery.

본 발명은 배터리를 포함하는 공간 또는 함체 내부로 외부 공기가 유입되는 개구부가 존재하는 환경에서는 외부에 존재하는 가스가 유입되어 실내 또는 함체내부에 설치된 센서와 반응하여 경보를 발생하는 것을 방지하는 방법에 있어서, 배터리를 포함하는 실내 또는 함체 내에 배터리로부터 새어나오는 가스를 검출하는 가스 센서를 가스 감시 센서라 하고 배터리로부터 배출되는 가스로부터 영향을 적게 받는 배터리실내 또는 함체 내 개구부 근처에 설치되어 외부 유입 공기에 포함된 가스를 감지하는 가스 센서를 비교 센서라고 한다. 상기 비교 센서(Sensor X)에서 i번째 시간에 측정된 센서값(x_i)으로 가스 유출이 없다고 판단될 때, 이를테면 상기 x_i로 계산된 현 경고누적지수_x가 0일 때, 알람교정지수(cf)를 1로 정한다. 상기 x_i로 가스 유출이 판단되었을 때, 검출된 가스가 외부에서 유입된 것인지 배터리로부터 배출된 것인지 판단하기 위해 다음과 같은 추가 계산을 진행한다. 상기 x_i로 구한 현 지수 이동 평균값 (현 EMA_x)에서 x_i를 뺀 값을 상기 현 EMA_x으로 나눈 값인 신호 변화 백분율(노름 H_x)을 구하고 상기 노름 H_x에 시간 간격(dt)을 곱하여 신호 변화 백분율 면적을 구한다. 상기 비교 센서로부터 가스 검출이 판단되는 시간 동안 상기 백분율 면적을 계속 누적 합산하여 누적된 백분율(A_x)을 구한다. 이와 같은 방식으로 상기 감시 센서의 측정 센서값 (y_i)과 상기 y_i로 구한 현 지수 이동 평균값(현 EMA_y)으로 누적 백분율(A_y)를 구한다. 상기 A_x 에서 상기 A_y를 뺀 값이 임계값보다 작을 때, 가스 유출원이 배터리라고 판단하며 상기 cf는 1로 정하고, 상기 A_x 에서 상기 A_y를 뺀 값이 임계값보다 클때, 가스원은 외부라고 판단하며 상기 cf는 0으로 결정한다. 계산된 상기 cf 값과 상기 감시 센서에서 결정한 알람 상수를 곱하여 최종 알람 상수를 재차 정의하고 관리자에게 전송한다.The present invention relates to a method for preventing an alarm from being generated in response to a sensor installed in a room or inside of a gas in an outside in an environment in which an opening through which external air flows into a space including a battery is present. The gas sensor for detecting a gas leaking from the battery in a room or enclosure including a battery is called a gas monitoring sensor and is installed near the opening in the battery compartment or the enclosure which is less affected by the gas discharged from the battery. The gas sensor that detects the gas contained is called a comparison sensor. When it is determined that there is no gas leakage by the sensor value (x _i ) measured at the i-th time in the comparison sensor (Sensor X), for example, when the current warning accumulation index _x calculated as x _i is 0, an alarm calibration index ( cf) is set to 1. When the gas outflow is determined as x _i , the following additional calculation is performed to determine whether the detected gas is introduced from the outside or discharged from the battery. Wherein x _i obtain the current exponential moving average (now EMA _x) Percentage (gambling H _x) value of the signal change obtained by dividing a value obtained by subtracting the x _i as the current EMA _x from calculated by multiplying the time interval (dt) in the gambling H _x Find the signal change percentage area. The cumulative percentage A _x is obtained by continuously accumulating the percentage area for the time when gas detection is determined from the comparison sensor. In this manner, the cumulative percentage A _y is obtained from the measured sensor value y _i of the monitoring sensor and the current index moving average value (current EMA _y ) obtained by the y _i . When the value of A _x minus the value of A _y is less than a threshold value, it is determined that the gas outlet is a battery and the cf is set to 1, and when the value of A _x minus the value of A _y is greater than a threshold value, a gas source Is determined to be external and cf is determined to be zero. The final alarm constant is defined again by multiplying the calculated cf value by the alarm constant determined by the monitoring sensor and transmitted to the manager.

본 발명은 배터리 보호 장치를 통해 가스 검출량에 따른 배터리 위험 상태를 나타내는 단계별 경고 발생을 위해, 매 측정 시간마다 샘플 데이터 구간(L, M)을 저장하고, 가장 최근 샘플된 M개의 데이터 개수로 구성된 가스 data 샘플 X와, data 샘플 X 이전에 기록된 L개의 데이터 개수로 구성된 기준 data 샘플 Y를 수집하고, 상기 가스 data 샘플과 기준 data 샘플의 평균값의 차이를 통계적 기법으로 분석하는 Two sample test를 수행(

)한 후, t-통계값을 계산하여 t 분포도에 따른 p-value를 결정한다. 미리 정한 알람단계에 따른 유의수준과 계산된 p-value 값을 비교하여 알람 상수를 결정한다. 예를 들어 유의 수준을 0.05와 0.01로 정하여 p-value 값이 0.05보다 작고 0.01보다 클 때 알람 상수를 1(=주의)로 정하고 p-value 값이 0.01보다 작을 때 알람 상수를 2 (=비상)으로 정하여 전송한다.The present invention stores a sample data interval (L, M) for each measurement time for generating a step-by-step warning indicating a battery dangerous state according to the gas detection amount through a battery protection device, the gas consisting of the number of the most recently sampled M data Collect a data sample X and a reference data sample Y composed of the number of L data recorded before the data sample X, and perform a two sample test to analyze the difference between the mean value of the gas data sample and the reference data sample by a statistical technique.

T-statistics are calculated to determine the p-value according to the t distribution. The alarm constant is determined by comparing the significance level according to the predetermined alarm level with the calculated p-value. For example, if you set the significance level to 0.05 and 0.01, set the alarm constant to 1 (= Caution) when the p-value is less than 0.05 and greater than 0.01, and set the alarm constant to 2 (= emergency) when the p-value is less than 0.01. Set to and send.

본 발명은 배터리 보호 장치를 통해 가스 검출량에 따른 배터리 위험 상태를 나타내는 단계별 경고 발생을 위해, 매 시간마다 기록된 현 센서 신호 측정값(y_i) 과 이전 센서 신호 측정값(y_i-1) 의 차이를 상기 y_i로 나눈 신호의 변화율(si)를 구하고 이를 가스 검출양에 따라 단계별로 미리 정의된 허용 변화율(S1 ,S2)과 비교하여 판단한다. 이를테면 배터리 보호 장치를 통해, S2 < si < S1 일 경우 알람 상수를 주의로 정하고, si < S2 일 경우 비상으로 정하여 경고를 발생하여 전송한다. The present invention provides a step by step of the current sensor signal measurement (y _i ) and the previous sensor signal measurement (y _i-1 ) recorded every hour to generate a step-by-step warning indicating the battery dangerous state according to the gas detection amount through the battery protection device The change rate si of the signal obtained by dividing the difference by y _i is obtained and judged by comparing it with the allowable change rates S1 and S2 predefined in stages according to the gas detection amount. For example, through the battery protection device, if S2 <si <S1, the alarm constant is set as caution, and if si <S2, an alarm is generated and transmitted.

본 발명은 배터리 보호 장치를 통해 배터리의 정상 운영조건하에서 발생할 수 있는 가스 배출에 따른 배터리 열화 상태를 판단하기 위해, 충전 또는 방전시간동안 계산된 센서 신호 평균 변화율을 이용하여 운영 초기에 계산된 상기 변화율과 그 후에 계산된 변화율을 매 충/방전 싸이클이 종료되는 시점에서 비교하여 배터리의 열화 상태를 진단한다. 초기 배터리 운영 기간 동안, 즉 배터리의 열화가 거의 진행이 되지 않은 정도의 기간 동안, 기록된 평균적 센서 신호 변화율 중 가장 적은 값을 기준값이라고 정하고 그 이후로 기록된 평균 센서 신호 변화율을 기준값과 비교함으로써 배터리 초기 조건에 비해 열화 정도를 판단한다. According to the present invention, the rate of change calculated at the beginning of operation using a sensor signal average change rate calculated during charging or discharging time to determine a battery deterioration state according to gas discharge that may occur under normal operating conditions of the battery through a battery protection device. And then compare the calculated rate of change at the end of the charge / discharge cycle to diagnose the deterioration of the battery. During the initial battery operation period, i.e. during the period when the deterioration of the battery hardly progresses, the battery is determined by setting the lowest value of the average sensor signal change rate recorded as a reference value and comparing the average sensor signal change rate recorded thereafter with the reference value. Determine the degree of deterioration compared to the initial condition.

본 발명은 배터리 보호 장치를 통해, 분진 및 연기 감지 센서는 배터리의 열 폭주 현상이 임박했을 때 배터리로부터 배출되는 분진이나 연기를 감지하고 상기 감지 센서와 연계된 소화 설비를 이용하여 즉각적으로 소방대응을 함으로써 잠재적 화재를 조기 진압하여 배터리를 화재로부터 보호하는 장치를 제공하는 데 목적이 있다.According to the present invention, through the battery protection device, the dust and smoke detection sensor detects dust or smoke discharged from the battery when the thermal runaway phenomenon of the battery is imminent, and promptly responds to fire by using a fire extinguishing system connected with the detection sensor. The aim is to provide a device that protects batteries from fire by prematurely extinguishing potential fires.

본 발명은 배터리의 환경 감시를 통해 배터리를 보호하는 방법에 있어서, 환경 감시 센서에는 배터리가 설치된 공간 또는 함체내의 주변 온도와 주변 습도를 측정하는 온도 센서와 습도 센서 모듈을 포함한다. 또한 상기 공간 내에 설치된 배터리의 표면에 장착되어 배터리의 표면 온도를 측정하는 써머스터를 포함한다. 추가로 환경 감시 센서에서 공간내 분진을 측정하도록 분진 센서를 포함 할 수 있다. 측정된 온도와 습도를 이용하여 결로가 발생할 수 있는 조건 온도를 계산하고 결로 조건 온도와 배터리 표면에서 측정된 표면 온도와 비교하여 배터리 표면에서의 결로 현상을 예측한다. 즉, 상기 측정된 표면 온도가 결로 조건 온도보다 낮을 때 측정된 표면에서 결로가 발생할 수 있다고 판단한다. 따라서 표면 온도와 결로 조건 온도 차이가 허용 온도차보다 작을 때 알람 단계를 주의 또는 비상으로 정한다. 이때 분진 센서에 의해 감지된 분진의 양이 공간 내 어느 정도 이상이면 허용 온도차를 보다 크게 설정할 수 있다. 환경 감시 센서를 이용해 알람 단계를 관리자 단말기에 전송하는 배터리 보호 장치를 제공하는 데 목적이 있다.The present invention provides a method for protecting a battery through environmental monitoring of a battery, wherein the environmental monitoring sensor includes a temperature sensor and a humidity sensor module for measuring the ambient temperature and the ambient humidity in a space or enclosure in which the battery is installed. It also includes a thermoster mounted on the surface of the battery installed in the space to measure the surface temperature of the battery. In addition, environmental sensors may include dust sensors to measure dust in space. The measured temperature and humidity are used to calculate the condition temperature at which condensation can occur, and to predict condensation on the battery surface by comparing the condensation condition temperature with the surface temperature measured at the battery surface. That is, it is determined that condensation may occur on the measured surface when the measured surface temperature is lower than the condensation condition temperature. Therefore, when the difference between the surface temperature and the condensation condition temperature is less than the allowable temperature difference, set the alarm step to caution or emergency. At this time, if the amount of dust detected by the dust sensor is a certain degree or more in the space, the allowable temperature difference can be set larger. It is an object of the present invention to provide a battery protection device that transmits an alarm level to an administrator terminal using an environmental monitoring sensor.

본 발명은 환경 감시 센서를 통해 배터리의 운영 환경을 보호하는 방법에 있어서, 배터리가 설치된 공간 내 복수의 지점에 설치하고 설치된 지점의 주변 습도를 측정하는 환경 감시 센서 모듈을 포함한다. 상기 공간 내 각 지점에서 측정된 습도 데이터를 이용하여 상기 공간내 수분 집결 현상을 예측하고 그에 따른 경보 신호를 전송하는 배터리 보호 장치를 제공하는 데 목적이 있다.The present invention provides a method for protecting an operating environment of a battery through an environmental monitoring sensor, the environmental monitoring sensor module is installed at a plurality of points in a space where a battery is installed and measures the ambient humidity of the installed point. It is an object of the present invention to provide a battery protection device that predicts moisture collection in the space by using humidity data measured at each point in the space and transmits an alarm signal accordingly.

본 발명은 복수의 배터리를 감싸는 모듈, 복수의 배터리 모듈을 감싸는 랙, 상기 랙 내의 휘발성 유기 화합물 가스를 검출하고, 상기 랙내 상측판에 배치되는 가스 센서를 특징으로 하는 배터리 보호 장치를 포함한다.The present invention includes a battery protection device comprising a module surrounding a plurality of batteries, a rack surrounding a plurality of battery modules, a gas sensor detecting a volatile organic compound gas in the rack and disposed on an upper plate in the rack.

본 발명은 배터리 모듈을 감싸는 랙, 상기 랙에 부착되는 배출팬, 상기 함체 외부 배출팬 근처 상부에 설치되어 배출팬을 통해 함체 외부로 배출되는 공기에 포함된 휘발성 유기 화합물 가스를 검출하는 가스 센서를 특징으로 하는 배터리 보호 장치를 포함한다.The present invention provides a gas sensor for detecting a volatile organic compound gas contained in a rack surrounding a battery module, an exhaust fan attached to the rack, and an upper portion near the outer exhaust fan of the enclosure and discharged to the outside of the enclosure through the exhaust fan. A battery protection device is featured.

본 발명은 배터리가 설치된 공간 내 배터리에서 배출되는 가스를 감지할 수 있도록 배터리 근처에 설치된 가스 감시 센서, 배터리가 설치된 공간내로 외부의 공기가 유입되는 개구부가 설치된 환경에서 외부로부터 유입되는 가스를 감시할 수 있으며 배터리로부터 배출되는 가스에 비교적 영향을 적게 받는 개구부 근처에 장착되는 비교 센서를 특징으로 하는 배터리 보호 장치를 포함한다.The present invention is to monitor the gas flowing from the outside in the environment in which the gas monitoring sensor installed near the battery to detect the gas discharged from the battery in the space in which the battery is installed, the opening in which the outside air flows into the battery installed space is installed. A battery protection device which can be mounted near the opening which can be relatively insensitive to the gas emitted from the battery.

본 발명은 복수의 배터리를 감싸는 모듈, 상기 모듈 내의 휘발성 유기 화합물 가스를 검출하고, 상기 모듈 내 배치되는 가스 센서를 특징으로 하는 배터리 보호 장치를 포함한다.The present invention includes a module surrounding a plurality of batteries, a battery protection device for detecting a volatile organic compound gas in the module, characterized in that the gas sensor disposed in the module.

본 발명은 복수의 배터리를 감싸는 모듈, 상기 모듈 내의 분진을 검출하고, 상기 모듈 내 배치되는 분진 및 연기 감지 센서를 장착하고, 분진 및 연기가 감지되었을 때 상기 모듈을 포함하는 공간을 자동으로 소화하는 장치;를 특징으로 하는 배터리 보호 장치를 포함한다.The present invention provides a module surrounding a plurality of batteries, detecting dust in the module, equipped with a dust and smoke detection sensor disposed in the module, and automatically extinguish the space including the module when dust and smoke is detected. The device includes a battery protection device characterized in that.

본 발명은 배터리 모듈을 감싸는 랙, 상기 랙 상부에 설치되어 배터리로부터 배출되는 분진 및 연기를 감지하는 분진 및 연기 감지 센서를 장착하고, 분진 및 연기가 감지되었을 때 상기 랙 내부 또는 위부에 위치하여, 상기 랙 내부를 자동으로 소화하는 장치; 특징으로 하는 배터리 보호 장치를 포함한다.The present invention is equipped with a rack surrounding a battery module, a dust and smoke detection sensor installed on the rack to detect the dust and smoke discharged from the battery, and when the dust and smoke is detected, located in or above the rack, An apparatus for automatically extinguishing the inside of the rack; A battery protection device is featured.

본 발명에서 배터리를 감싸는 모듈, 상기 모듈 내에 배터리로부터 이격되어 설치된 주변 온도와 습도를 감지하는 온/습도 센서 모듈을 포함하는 환경 감시 센서와 배터리의 표면 온도를 측정하기 위해 배터리 표면에 직접 부착된 써머스터 온도 센서를 특징으로 하는 배터리 보호 장치를 포함한다. In the present invention, an environmental monitoring sensor including a module surrounding the battery, a temperature / humidity sensor module sensing ambient temperature and humidity installed spaced apart from the battery in the module, and a thermo sensor directly attached to the battery surface to measure the surface temperature of the battery. And a battery protection device characterized by a stirrer temperature sensor.

본 발명에서 배터리를 감싸는 모듈, 상기 모듈 내에 배터리로부터 이격되어 설치된 주변 온도와 습도를 감지하는 온/습도 센서 모듈과 분진 센서를 포함하는 환경 감시 센서와 배터리의 표면 온도를 측정하기 위해 배터리 표면에 직접 부착된 써머스터 온도 센서를 특징으로 하는 배터리 보호 장치를 포함한다. In the present invention, a module surrounding the battery, an environmental monitoring sensor including a temperature / humidity sensor module and a dust sensor sensing ambient temperature and humidity installed spaced apart from the battery in the module and a surface temperature of the battery directly to measure the surface temperature of the battery Battery protection device characterized by an attached thermoster temperature sensor.

본 발명에서 가스 센서는 금속산화물, 화학저항식, 반도체식, 광이온, 및 적외선 센서를 포함한다.The gas sensor in the present invention includes a metal oxide, chemical resistance, semiconductor, photoion, and infrared sensor.

상기와 같이 이루어지는 본 발명은 다양한 센서 응용과 함께 누적 경고 지수 알고리즘 또는 분석 알고리즘, 오작동 방지 알고리즘을 통해 신속 정확하게 경보를 발생하여, 배터리 사고의 위험성을 완화시키며 배터리 운용의 효율성과 안정성을 높일 수 있는 효과가 발생한다. The present invention made as described above is an effect that can quickly and accurately generate an alarm through a cumulative warning index algorithm or analysis algorithm, a malfunction prevention algorithm with various sensor applications, to mitigate the risk of battery accidents and increase the efficiency and stability of battery operation Occurs.

또한 본 발명은 여러 수준의 경보를 발생하여 양한 조건에 따라 나뉜 누적 경고지수를 통해 해당 알람을 관리자에게 통지하고 경보 수준에 따른 적절하고 차별화된 대응을 가능토록 함으로써 경보에 따른 불필요한 가동 중단 시간을 줄일 수 있고 보수 편의와 비용절감의 장점을 가진다.In addition, the present invention reduces the unnecessary downtime due to the alarm by notifying the administrator through the cumulative warning index divided according to various conditions by generating various levels of alarms and enabling appropriate and differentiated response according to the alarm levels. It has the advantages of convenience and cost saving.

도 1 a, b는 본 발명에 따른 배터리의 일례로 원통형 배터리의 외관과 기능 및 역할을 보여주는 도면이다.
도 2 a, b, c, d, e, f, g는 본 발명에 따른 배터리의 일례로 원통형 배터리를 배터리 모듈에 병렬 또는 직렬로 장착하고, 배터리 모듈을 수직으로 쌓아 전면이 투명한 보관함에 배터리 랙 내부에 장착하며, 이를 ESS 배터리 실내에 복수개 마련하고, 추가로 배터리 안전을 위해 장착한 센서와 팬 등을 보여주는 도면이다.
도 3 a, b, c는 와이어로 본드된 MEMS 기판 위의 센서와 그 사진과 통풍형 기판(302)을 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 일실시예로 배터리 실내에 배치된 배터리 랙과 배터리 실에 설치된 외부 공기가 유입될 수 있는 개구부와 개구부 근처에 설치된 비교 센서와 배터리로부터 배출되는 가스를 감지하기 위해 랙 상단 배출팬 근처에 설치된 가스 감시 센서 등이 각각 배치된 배터리 보호 장치의 전체적인 모습을 보여주는 도면이다.
도 5a,도 5b, 도 5c은 가스 센서가 가스를 감지하여 감지된 가스의 농도량의 변화를 판단하여 알람단계를 결정하며 소량의 가스 검출 판단 될 때, 가스 센서의 민감도에 따른 센서의 오작동을 방지하도록 경고 누적 지수를 계산하고 이를 통해 알람 단계를 결정하는 플로우 차트이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 가스 감지시 가스 센서에서 측정된 센서 신호값 데이터로 시간에 따른 급격한 변화를 보여주고 매 측정 시간마다 계산된 센서 신호값으로 업데이트되는 지수 이동 평균값, 허용 민감도와 허용 한계값의 시간의 따른 변화를 보여주는 그래프이다.
도 7, 도8, 도9는 본 발명의 일실시예에 따라 외부에서 가스가 배터리 실내로 유입될 때, 외부 가스가 유입되는 개구부 근처에 설치된 비교 가스 센서와 배터리 근처에 설치된 가스 감시 센서의 동시적 반응을 비교하여 감시 센서의 반응이 외부 가스에 의한 반응인지를 판단하는 알고리즘과 이를 보여주는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서 신호값으로 구성된 샘플 데이터 X, Y를 통해 가스 농도의 변화를 감지하는 알고리즘을 보여주는 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따라 실시간 센서 신호값의 변화율을 계산하여 가스 농도의 변화를 판단하는 알고리즘을 보여주는 도면이다.
도 12는 본 발명에 따른 적분기와 가스 검출기 적분 제어부를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 열화 상태를 감시하기 위해 충전 또는 방전 기간 동안 센서 신호값의 추이를 보여주는 도면이다.1 a, b is a view showing the appearance, function and role of a cylindrical battery as an example of a battery according to the present invention.
Figure 2a, b, c, d, e, f, g is an example of a battery according to the present invention is a cylindrical battery mounted in parallel or in series to the battery module, the battery module vertically stacked battery rack in a transparent storage front This is a diagram showing a sensor and a fan, etc., which are installed inside, provided in plural ESS batteries and additionally installed for battery safety.
3 a, b and c show a sensor on a MEMS substrate bonded with a wire, a photograph thereof, and a vented substrate 302.
FIG. 4 is a top view of a rack for detecting gas discharged from a battery and an opening in which a battery rack disposed in a battery compartment and an outside air installed in a battery compartment may be introduced, and a comparison sensor installed near the opening. A diagram showing an overall view of a battery protection device in which gas monitoring sensors and the like installed near a discharge fan are disposed.
5A, 5B, and 5C show a gas sensor detecting a gas to determine a change in concentration of the detected gas, and determining an alarm step. When a small amount of gas is detected, the sensor malfunctions according to the sensitivity of the gas sensor. This is a flow chart that calculates the cumulative index of alerts to avoid and determines the alarm stage through it.
FIG. 6 is an exponential moving average value and an allowable sensitivity which shows a sudden change with time as sensor signal value data measured by a gas sensor when gas is detected and is updated with a sensor signal value calculated at every measurement time according to an embodiment of the present invention. A graph showing the change over time of the and tolerance limits.
7, 8 and 9 illustrate a comparison between a comparison gas sensor installed near an opening through which an external gas is introduced and a gas monitoring sensor installed near a battery when gas is introduced into the battery room from the outside according to an embodiment of the present invention. The graph shows the algorithm that determines whether the response of the monitoring sensor is caused by external gas by comparing the positive response.
FIG. 10 is a diagram illustrating an algorithm for detecting a change in gas concentration through sample data X and Y configured as sensor signal values according to another exemplary embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram illustrating an algorithm for determining a change in gas concentration by calculating a rate of change of a real-time sensor signal value according to another exemplary embodiment of the present invention.
12 is a view showing an integrator and a gas detector integral control unit according to the present invention.
FIG. 13 is a view illustrating trends of sensor signal values during a charging or discharging period to monitor a battery deterioration state according to an exemplary embodiment of the present invention.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.In order to fully understand the present invention, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Embodiment of the present invention may be modified in various forms, the scope of the invention should not be construed as limited to the embodiments described in detail below. This embodiment is provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Therefore, the shape of the elements in the drawings and the like may be exaggerated to emphasize a more clear description. It should be noted that the same members in each drawing are sometimes shown with the same reference numerals. In addition, detailed descriptions of well-known functions and configurations that are determined to unnecessarily obscure the subject matter of the present invention are omitted.

도 1 a에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 일례로 원통형 배터리 셀(200)은 도 1b의 양극 단자(1)와 전해액 하우징(7)과 전해액 하우징(7)의 양단에서 쇼트를 방지하는 탑 인슐레이터(Top Insulator; 6)와 바텀 인슐레이터(Bottom Insulator; 8)를 포함하고, 상기 전해액 하우징(7) 내에는 양극/음극/세퍼레이터 권취 구성체가 함침되며, 전해액 누액 방비와 양극/음극 절연을 위한 개스킷(5)과 안전을 위해 전지 내압 상승 시 가스를 방출하는 벤트(4)와 내압 상승 시 벤트(4)에 의해 전류를 차단하는 CID(3) 등으로 구성된다.As shown in FIG. 1A, a cylindrical battery cell 200 according to the present invention is a top insulator for preventing a short at both ends of the positive electrode terminal 1, the electrolyte housing 7, and the electrolyte housing 7 of FIG. 1B. (Top Insulator; 6) and Bottom Insulator (8), the electrolyte housing (7) is impregnated with a positive electrode / negative electrode / separator winding structure, the gasket for electrolyte leakage defense and positive electrode / negative electrode insulation ( 5) and a vent 4 for releasing gas when the internal pressure rises for safety and a CID 3 for blocking current by the vent 4 when the internal pressure increases.

도 2a는 배터리 셀(200)를 장착한 배터리 모듈(201)과 배터리 모듈(201)의 전단부에 서브 BMS(204)가 플레이트 형태로 부착되어 각 배터리 셀(200)의 상태를 관리한다.In FIG. 2A, a sub-BMS 204 is attached to a battery module 201 on which the battery cell 200 is mounted and a front end of the battery module 201 in a plate form to manage the state of each battery cell 200.

도 2b는 모듈내 서브 BMS(204)와 연결된 통합 환경 감시 센서가 배치되는 지점을 표시하는 도면이다. 환경 감시 센서에는 온도센서와 습도센서를 포함하며 배터리를 감싸는 모듈 내 환경이 일정하다고 가정함으로써 측정된 온도와 습도는 공간의 주변 온도와 습도를 대표한다. 배터리의 표면 온도는 배터리에 부착된 써미스터 센서로 측정할 수 있다. 이로써 측정된 주변 온도와 습도 그리고 배터리 표면의 온도를 이용하여 배터리 표면에서의 결로현상을 예측한다.FIG. 2B is a diagram showing where the integrated environmental monitoring sensor connected to the sub BMS 204 in the module is disposed. The environmental monitoring sensor includes a temperature sensor and a humidity sensor, and the temperature and humidity measured represent the ambient temperature and humidity of the space, assuming that the environment inside the module surrounding the battery is constant. The surface temperature of the battery can be measured with a thermistor sensor attached to the battery. The condensation on the surface of the battery is then predicted using the measured ambient temperature, humidity and the temperature of the battery surface.

도 2b는 서브 BMS(204)와 연결된 써미스터 온도 센서(200-2)를 표시하는 도면이다. 써미스터 온도 센서(200-2)는 볼트에 의해 배터리 단자 플레이트(200-1)와 배터리(200)가 각각 직병렬로 연결된 상태에서 배터리 단자 플레이트(200-1)의 일부 볼트 구멍에 끼워져 온도를 전달받아 측정하는 센서이다.2B shows a thermistor temperature sensor 200-2 connected with the sub BMS 204. The thermistor temperature sensor 200-2 is inserted into a part of a bolt hole of the battery terminal plate 200-1 in a state in which the battery terminal plate 200-1 and the battery 200 are connected in parallel with each other by bolts to transfer temperature. It is a sensor to take and measure.

도 2c에서 본 발명에 따른 환경 감시 센서(200-5)의 위치는 모듈 전면부에 위치하고, 배터리 셀을 직병렬 연결하는 배터리 단자 플레이트(200-1)에 온도센서가 부착되어 여기서 측정된 온도는 배터리 표면 온도를 대표한다고 가정하였고 배터리 모듈(201) 내 습도 또한 모듈 공간 내 일정하다고 가정하여 결로 예측을 한다. In FIG. 2C, the position of the environmental monitoring sensor 200-5 according to the present invention is located at the front of the module, and a temperature sensor is attached to the battery terminal plate 200-1 connecting the battery cells in parallel to each other. It is assumed that the battery surface temperature is representative, and the condensation prediction is performed assuming that the humidity in the battery module 201 is also constant in the module space.

상기 환경 감시 센서(200-5)에는 배터리를 포함하는 공간 내 주변 온/습도를 감지하는 온도 습도 센서 모듈이 포함되며 배터리(200)로부터 이격되어 설치되어 가스를 감지하는 가스 센서 모듈을 포함 할 수 있고 공간 내 분진의 정도를 감지하는 분진 및 연기 감지 센서를 포함할 수 있다.The environmental monitoring sensor 200-5 may include a temperature humidity sensor module that detects ambient temperature / humidity in a space including a battery and may be installed spaced apart from the battery 200 to detect a gas sensor module. And dust and smoke detection sensors to detect the degree of dust in the space.

본 발명에서 환경 감시 센서는 환경 감시 센서와 연계된 BMS로 측정된 정보를 전송하고 상기 BMS는 전송받은 정보를 연산하여 경보 단계를 판단하고 이를 상위 BMS 또는 관리자에게 전송한다. 일실시예로 도 2d에 도시된 바와 같이 환경 감시 센서와 연계된 서브 BMS(204)는 환경 감시 센서의 측정값으로 연산하고 경보 여부 등을 계산 판단하며 이를 상위 BMS(203) 또는 관리자(예 : 관리자 단말기)에 전송한다. In the present invention, the environmental monitoring sensor transmits the information measured by the BMS associated with the environmental monitoring sensor, the BMS calculates the received information to determine the alarm stage and transmits it to the upper BMS or administrator. As an example, as shown in FIG. 2D, the sub BMS 204 associated with the environmental monitoring sensor calculates and calculates an alarm or the like and calculates and determines an alarm or the like. Manager terminal).

본 발명에서 배터리 표면에서 결로 현상을 예측하기 위하여, 상기 배터리를 포함하는 공간 내 배치된 환경 감시 센서 모듈에서 측정한 주변 온도값, T_a,를 다음 수학식 1을 이용하여 포화수증기압 P_sat을 구한다. In order to predict condensation on the surface of the battery in the present invention, the saturated steam pressure P _sat is obtained by using the following equation (1) to calculate the ambient temperature value, T _a , measured by the environmental monitoring sensor module disposed in the space including the battery. .

그리고 포화수증기압 P_sat과 상기 환경 감시 센서 모듈에서 측정된 상대습도 r_h로부터 다음 수학식 2를 이용하여 현재 수증기압 P_vap를 구한다.The current water vapor pressure P _vap is obtained from Equation 2 from the saturated water vapor pressure P _sat and the relative humidity r _h measured by the environmental monitoring sensor module.

그리고 현재 수증기압 P_vap로부터 다음 수학식 3을 이용하여 결로 온도 T_d를 구한다. And condensation temperature T _d is calculated | required from following water vapor pressure P _vap using following Formula (3).

상기 계산된 결로 온도,T_d,와 배터리 표면에 부착된 써머스터로 측정된 표면 온도, T_S, 와의 차이값 (T_d-T_S)을 계산하여 그 차이값이 허용 온도 차이보다 작을시 결로 발생 가능으로 판단하여 1차 경고를 발생하고 그 차이값이 0과 같거나 작을시 결로가 형성된 것으로 판단하여 2차 경고를 발생하여 BMS를 통해 관리자에게 전송하도록 한다. Calculate the difference value (T _d -T _S ) between the calculated condensation temperature, T _d , and the surface temperature, T _S , measured with thermistor attached to the battery surface, and when the difference is less than the allowable temperature difference, If it is possible to generate the first warning and the difference value is equal to or less than 0, it is determined that condensation is formed and the second warning is generated and sent to the administrator through BMS.

상기와 같은 방법으로 결로를 예측하더라도 공간내에 분진이 존재할 때, 수분과 분진의 결합으로 절연거리가 줄어 사고의 위험이 증대될 수 있다. 이러한 이유를 감안하여, 상기 환경 감시 센서에 분진 및 연기 감지 센서를 포함하고 있어서 상기 온/습도를 나타내는 공간 내의 분진의 대한 정보가 있을 때, 결로에 의한 경보를 판단하기 위해 사용한 허용 온도차를 보다 큰 값으로 정한다. Even when condensation is predicted in the above manner, when dust is present in the space, the insulation distance may be reduced due to the combination of moisture and dust, thereby increasing the risk of an accident. In view of these reasons, the environmental monitoring sensor includes a dust and a smoke detection sensor so that when there is information on dust in the space indicating the temperature / humidity, the allowable temperature difference used to determine an alarm due to condensation is greater. Set by value.

본 발명에서 배터리실내의 환경을 감시하고 배터리 운영에 최적의 환경을 제공하는 목적으로 배터리가 설치된 공간 또는 함체내 복수의 지점에 환경 감시 센서를 설치하고 설치된 지점의 주변 습도를 감시한다. 상기 공간 내 각 지점에서의 같은 시간에 측정된 습도 데이터 중 가장 큰 값과 가장 작은 값의 차이를 계산하여 공간 내 최대 습도 차이를 계산한다. 계산된 최대 습도 차이가 허용 습도차이를 넘어설 때, 가장 큰 값이 측정된 지점 인근에서 수분 집결 현상을 발생할 수 있다고 판단하여 관리자 단말기에 경보 신호를 전송한다.In the present invention, in order to monitor the environment in the battery compartment and provide an optimal environment for battery operation, the environmental monitoring sensor is installed at a plurality of points in the space or the enclosure where the battery is installed and the ambient humidity of the installed point is monitored. The maximum humidity difference in the space is calculated by calculating the difference between the largest value and the smallest value among the humidity data measured at the same time in the space. When the calculated maximum humidity difference exceeds the allowable humidity difference, it determines that water collection may occur near the point where the largest value is measured and transmits an alarm signal to the manager terminal.

도 2e는 전단부에 서브 BMS(204)를 장착한 복수개의 배터리 모듈(201-1 ~ 201-n)을 감싸는 랙(100)의 내부 상측부에 랙 BMS(203)가 위치하고, 열교환을 위해 랙 내부에서 외부로 강제 배출하는 경우, 상기 랙(100)의 상측부 중앙부 또는 전면부 중앙에 배출팬(101)이 설치된다. 도 2f는 도 2e의 랙(100) 대신 전면부가 외부로 노출된 창을 갖는 프레임을 더 설치하여, 서브 BMS(204)를 장착한 복수개의 배터리 모듈(201-1 ~ 201-n)을 외부에서 관찰할 수 있고, 상기 서브 BMS(204)의 측면이나 정면에는 내부 온도나 가스 센서 측정치 또는 알람 단계를 표시할 수 있는 디스플레이창이 더 형성될 수도 있다. FIG. 2E illustrates a rack BMS 203 located at an upper upper portion of a rack 100 surrounding a plurality of battery modules 201-1 to 201-n having a sub BMS 204 mounted at a front end thereof. In the case of forced discharge from the inside to the outside, the discharge fan 101 is installed in the center of the upper portion or the center of the front portion of the rack (100). FIG. 2F further installs a frame having a window in which the front part is exposed to the outside instead of the rack 100 of FIG. 2E, thereby allowing the plurality of battery modules 201-1 to 201-n to which the sub BMS 204 is mounted. A display window may be further formed on the side or front of the sub BMS 204 to display an internal temperature, a gas sensor measurement or an alarm step.

도 2g는 상기 도 2f의 랙을 복수개(100-1, 100-n) 나열한 도면으로서, 내부에 각각 배터리 모듈(201)이 설치되고 하나의 배터리 시스템 역할을 하게 된다.FIG. 2G illustrates a plurality of racks 100-1 and 100-n of FIG. 2F, in which battery modules 201 are installed and serve as one battery system.

랙(100) 상측판의 정 중앙에 배치되는 가스 센서를 이용하여 정확한 가스 유출을 검출할 수 있고, 랙 BMS(203)는 가스의 농도 변화를 실시간 구간 별로 판단하여 관리자에게 경보할 수 있다.An accurate gas outflow may be detected using a gas sensor disposed at the center of the upper plate of the rack 100, and the rack BMS 203 may determine a change in concentration of gas for each real time period and alert an administrator.

도 3a는 가스 센서(120)의 사시도와 절단면도와 시간에 따른 가스 측정치의 변화량(120-4)을 나타내는 그래프를 보여준다. 상기 가스 센서(120)는 MEMS 기판(120-3) 위에 복수개의 전극(electrode; 120-2)이 분리되어 형성되고, 상기 전극(120-2)의 중앙에는 표면에서 VOC 가스에 민감한 금속 산화물(120-1)이 상기 가스에 노출시 저항값이 변경되는 금속산화물(120-1)이 형성된다. 3A is a perspective view of the gas sensor 120 and a graph showing a cutaway view and a change amount 120-4 of the gas measurement value with time. The gas sensor 120 is formed by separating a plurality of electrodes 120-2 from the MEMS substrate 120-3, and at the center of the electrode 120-2, a metal oxide sensitive to VOC gas on the surface thereof. When the metal oxide 120-1 is exposed to the gas, a metal oxide 120-1 is formed.

본 발명의 일실시예에 따른 가스 센서(예 : MEMS형 VOC 가스센서; 120)의 동작 원리를 살펴보면, 금속 산화물(MEMS 기판 메탈 옥사이드, metal oxide; 120-1)가 전극(electrode; 120-2)에 본딩되어 가스를 검출한다. 상기 가스 검출이란 배터리가 운용되고 있는 공간에서 존재하는 상기 가스의 농도 변화를 말하며 센서 신호값이란 센서 감지 판이 공기와 접촉하여 변화하는 전기 신호를 말하며 전압 및 저항을 포함 한다. 예를 들면, 금속산화물 센서의 경우, 상기 가스에 민감한 금속 산화물(120-1)이 상기 가스에 노출시 금속 산화물 층의 전도도 변화를 측정하여 가스의 양을 결정한다. 측정된 센서 신호의 변화로 검출된 가스의 양을 판단하여 경보신호를 발생하는 것을 특징으로 한다.Looking at the operating principle of a gas sensor (eg MEMS type VOC gas sensor; 120) according to an embodiment of the present invention, a metal oxide (MEMS substrate metal oxide; 120-1) is an electrode (120-2) ) To detect the gas. The gas detection refers to a change in the concentration of the gas present in the space in which the battery is operated, and the sensor signal value refers to an electrical signal that is changed by contacting the sensor sensing plate with air and includes voltage and resistance. For example, in the case of a metal oxide sensor, the gas-sensitive metal oxide 120-1 determines the amount of gas by measuring a change in conductivity of the metal oxide layer when exposed to the gas. It is characterized by generating an alarm signal by determining the amount of gas detected by the change of the measured sensor signal.

상기 가스 센서는 금속산화물, 화학저항식, 반도체식, 광이온, 및 적외선 센서를 포함하는 모든 종류의 가스 센서를 일컫는다.The gas sensor refers to all kinds of gas sensors including metal oxides, chemical resistance, semiconductor, photo ions, and infrared sensors.

도 3b는 도 3a의 가스 센서를 자세히 보여주는 확대 사진과 내부 투과 사진이다. FIG. 3B is an enlarged photograph and an interior transmission photograph showing the gas sensor of FIG. 3A in detail.

상기 가스 센서(120)를 포함하는 센서 PCB 감지판(301)과 아날로그 디지털 컨버터(303)와 I2C 인터페이스(304)로 구성된다.The sensor PCB sensing plate 301 including the gas sensor 120, the analog-to-digital converter 303, and the I2C interface 304 are configured.

도 3c는 외부 공기 유입팬 배출팬(101) 상측부 또는 그 위치에 대신하여 설치되는 기판(300)으로서 관통홀(306)을 포함하는 통풍형 기판(302) 위에 상기 가스 센서(120)가 설치되는 가스감지판(301)과 상기 가스 센서(120)의 저항값을 전달받아 디지털로 변환하는 AD 컨버터(AD Converter; 303)와 I2C 인터페이스(304)가 형성된다.FIG. 3C shows the gas sensor 120 installed on the ventilated substrate 302 including the through hole 306 as a substrate 300 installed in place of the upper portion of the external air inlet fan discharge fan 101 or in place thereof. An AD converter 303 and an I2C interface 304 are formed to receive the gas sensing plate 301 and the resistance values of the gas sensor 120 and convert them to digital.

본 발명에 따른 가스센서(120)는 강제 공기 흐름이 없는 경우, 주변 상온 온도에서는 배터리 이상으로 배터리로 부터 배출되는 가스는 위로 상승하는 경향이 있으므로 배터리를 감싸는 공간 내 상부에 배치하는 것이 바람직하다. Gas sensor 120 according to the present invention, when there is no forced air flow, the gas discharged from the battery above the battery at the ambient room temperature temperature tends to rise up, it is preferable to arrange the upper portion in the space surrounding the battery.

상기 가스센서(120')는 강제 공기 흐름이 있는 경우, 공기흐름 경로의 배출구에 설치하는 하며 강제 팬 근처에 설치하는 경우에는 공기 속도의 영향으로부터 영향을 덜 받도록 설치하여야 한다.The gas sensor 120 ′ is installed at the outlet of the air flow path when there is forced air flow, and when installed near the forced fan, the gas sensor 120 ′ is installed to be less affected by the air velocity.

도 4에 도시한 바와 같이, 배터리 실(100') 내에는 복수개의 배터리(200)를 감싸는 랙(100), 상기 배터리 실내 외부 공기 유입을 위한 개구부, 상기 개구부를 통해 유입되는 공기에 포함된 가스를 검출하는 비교 센서(120'), 상기 랙 내의 휘발성 유기 화합물 가스를 검출하고, 상기 랙(100)내 상측부의 정 중앙에 배치되는 가스 감시 센서(120);를 포함한다. 상기 가스 감시 센서(120)는 상기 랙(100)의 외측 또는 내측에 배치될 수 있다.As shown in FIG. 4, a rack 100 enclosing a plurality of batteries 200 in the battery compartment 100 ′, an opening for introducing air inside the battery, and gas contained in the air flowing through the opening. And a comparison sensor 120 ′ for detecting the gas, and a gas monitoring sensor 120 for detecting the volatile organic compound gas in the rack and disposed at the center of the upper side of the rack 100. The gas monitoring sensor 120 may be disposed outside or inside the rack 100.

아래 표 1을 참고하면, 본 발명은 상기 가스 센서를 이용하여 일반적으로 열 폭주 임박, 과용 조건, 정상 운용으로 나누어 경보 판단 기준을 정한다.Referring to Table 1 below, the present invention determines alarm criterion by dividing into thermal runaway imminent, overuse condition, normal operation using the gas sensor in general.

이러한 기준은 이하에서 설명하는 알람 상수값 0에서 2까지로 분류되어 관리자에게 전송될 수 있다.These criteria may be classified into alarm constant values 0 to 2 described below and transmitted to the administrator.

예를 들어 알람 상수 0은 정상 운용 단계, 알람 상수 1은 과용 단계, 알람 상수 2는 열 폭주 임박 단계로 분류될 수 있다.For example, alarm constant 0 can be categorized as normal operation phase, alarm constant 1 as overuse phase, and alarm constant 2 as thermal runaway impending phase.

도 5a, 도 5b, 도 5c에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예로서 (a) 측정된 가스 센서값(y_i)을 통해 EMA(현 EMA)를 연산하는 단계;As shown in FIGS. 5A, 5B, and 5C, as an embodiment of the present invention, (a) calculating an EMA (current EMA) through the measured gas sensor value y _i ;

(b) 상기 EMA로 LB1(허용 민감도), LB2(하한 한계값)를 계산하는 단계;(b) calculating LB1 (acceptable sensitivity), LB2 (lower limit value) with the EMA;

(c) 상기 y_i < LB2 인지 확인하는 단계;(c) checking whether y _i <LB2;

(d) 상기 (c) 단계에서 YES이면 알람을 2로 저장하는 단계;(d) storing the alarm as 2 if YES in step (c);

(e) 상기 (c) 단계에서 NO이면, y_i < LB1 인지 확인하는 단계;(e) if NO in step (c), checking whether y _i <LB1;

(f) 상기 (e) 단계에서 NO이면, 상기 알람을 0으로 저장하는 단계;(f) if NO in step (e), storing the alarm as zero;

(g) 상기 (e) 단계에서 YES이면 누적 경고지수(현 경고누적지수)를 계산하고 현 경고누적지수 < 최대 누적지수 인지 확인하여 YES이면 알람을 0으로 정하고 NO이면 알람을 1로 정하는 단계;(g) calculating a cumulative warning index (current warning cumulative index) if YES in step (e), checking whether the current warning cumulative index <maximum cumulative index, setting the alarm to 0 if YES, and setting the alarm to 1 if NO;

(h) 상기 알람을 관리자 단말기에 전송하는 단계;를 포함한다.(h) transmitting the alarm to an administrator terminal.

구체적으로 살펴보면, 가스 센서와 연계된 BMS를 통해 상기 알고리즘의 상수인 α, P, n을 미리 설정하고 매 시간마다 업데이트할 변수인 Alarm을 0으로 초기화하고, 측정된 y₁을 현 EMA에 저장하고, 이전 EMA를 현 EMA로 정하며, 현 경고누적지수와 전 누경고누적지수를 각각 0으로 초기화하여 저장한다 (현 EMA = y₁, 전 EMA=현 EMA, 현 경고누적지수=0, 전 경고누적지수=0, cf=1, i=2); 1단계).In detail, through the BMS associated with the gas sensor, the constants α, P, and n of the algorithm are preset, and the alarm, which is a variable to be updated every hour, is initialized to 0, and the measured y ₁ is stored in the current EMA. , The previous EMA is set as the current EMA, and the current warning cumulative index and the previous warning cumulative index are initialized to 0 and stored respectively (current EMA = y ₁ , previous EMA = current EMA, current warning cumulative index = 0, and previous warning accumulation). Exponent = 0, cf = 1, i = 2); Stage 1).

그리고 y_i(i=2)를 읽어 들이고 ((Read y_i); 2단계), 현 EMA, 허용 민감도(LB1), 하한 한계값 (LB2)을 계산한다 (현 EMA = (1-α) × 전 EMA + α×y_i, LB1 = 현 EMA × (1-P/100.0), LB2 = 현 EMA × (1-P × n/100.0)); 3단계), 상기 y_i < LB2 인지 확인하는 5단계에서 YES이면 현 경고누적지수를 최대 누적지수로 저장하고(현 경고누적지수 = 최대 누적지수); 4-1단계), 상기 5-1단계 후에 알람을 2단계로 저장하며(Alarm = 2); 4-2단계), 5단계에서 NO이면, y_i < LB1 인지 확인하고(5단계), 상기 5단계에서 NO이면, 현 경고누적지수를 0으로 저장하며(현 경고누적지수 = 0); 5-1단계), 알람을 0으로 저장하고((Alarm = 0); 5-2단계), 상기 5단계에서 YES이면(6단계), 상기 6단계 후에 현 경고누적지수를 계산하여 (7-1단계), 현 경고누적지수 < 최대 누적지수 인지 확인한다(7-2단계).Then read y _i (i = 2) ((Read y _i ); step 2), calculate the current EMA, permissible sensitivity (LB1), and the lower limit (LB2) (current EMA = (1-α) × Ex EMA + α × y _i , LB1 = present EMA × (1-P / 100.0), LB2 = present EMA × (1-P × n / 100.0)); Step 3), if YES in step 5 of checking whether y _i <LB2, and stores the current warning cumulative index as a maximum cumulative index (current warning cumulative index = maximum cumulative index); Step 4-1), and stores the alarm in two steps after step 5-1 (Alarm = 2); Step 4-2), if NO in step 5, check whether y _i <LB1 (step 5), and if NO in step 5, store the current warning cumulative index as 0 (current warning cumulative index = 0); In step 5-1), the alarm is stored as 0 ((Alarm = 0); in step 5-2), if YES in step 5 (step 6), the current warning cumulative index is calculated after step 6 (7- Step 1), Check if the current warning cumulative index <maximum cumulative index (step 7-2).

상기 7-1단계에서 현 경고누적지수를 결정하기 위해 y_i < y_i-1 인지를 판단하고 YES이면 현 경고누적지수는 전 경고누적지수에 1을 더하고, NO이면 전 경고누적지수 =1인지를 판단하여 YES 이면 현 누적 경고 지수를 1로 정하고 NO이면 현 누적 경고 지수는 이전 누적 경고 지수에서 1을 뺀 값으로 정한다.In step 7-1, it is determined whether y _i <y _i-1 to determine the current warning cumulative index. If YES, the current warning cumulative index adds 1 to the previous warning cumulative index, and if NO, the previous warning cumulative index is = 1. If YES, the current cumulative warning index is set to 1, and if NO, the current cumulative warning index is determined by subtracting 1 from the previous cumulative warning index.

상기 7-2단계에서 NO이면 알람을 0으로 저장하고((Alarm = 0); 8-1단계), 상기 7단계에서 YES이면 알람을 1로 저장하고 ((Alarm = 1); 8-2단계), 상기 알람을 관리자에게 전송하고 (9단계), 상기 9단계에서 현 시간에 저장된 데이터를 이전 데이터로 저장하고 i에 1을 증가 시키고 다음 시간으로 넘어간다(전 EMA = 현 EMA, 전 경고누적지수 = 현 경고누적지수, y_i-1 = y_i, i = i+1); 10단계)In step 7-2, if the alarm is NO, the alarm is stored as 0 ((Alarm = 0); step 8-1); in step 7, the alarm is stored as 1 ((Alarm = 1); step 8-2 ), The alarm is sent to the administrator (step 9), and in step 9, the data stored at the current time is stored as previous data, i is increased to 1, and the next time is passed (before EMA = current EMA, before warning accumulation). Exponent = current warning cumulative index, y _i-1 = y _i , i = i + 1); 10 steps)

일실시예로서 도 6에서 배터리 이상으로 인한 가스 검출을 나타내는 센서 신호값의 시간에 따른 변화를 보여주며 센서 신호값이 허용 민감도와 허용 한계값을 벗어난 경우 그에 따른 알람 상수를 결정하여 그에 따른 경보를 발생한다.As an example, FIG. 6 shows a change over time of a sensor signal value indicating a gas detection due to a battery failure, and when the sensor signal value is out of an allowable sensitivity and an allowable limit value, an alarm constant is determined accordingly to determine an alarm accordingly. Occurs.

도 7에 도시된 바와 같이 본 발명은 배터리가 설치된 실내나 함체에 외부 공기 유입을 위한 개구부가 장착되어 유입된 외부 공기에 포함된 가스에 의한 경보 오작동을 방지하기 위해, 상기 개구부 근처에 설치된 비교 센서 (Sensor X)에서 가스유출이 감지되면 상기 비교 센서와 배터리 가스 유출을 감지하는 감시 센서(Sensor Y)의 센서값을 비교 연산하여 알람 교정 상수(cf)를 결정한다. cf는 0 또는 1의 값을 가지며 가스 감시 센서에서 발생한 알람 값에 cf 값을 곱하여 알람값을 재차 정의한다. As shown in FIG. 7, the present invention provides a comparison sensor installed near the opening in order to prevent an alarm malfunction due to a gas contained in the introduced outside air, which is provided with an opening for introducing outside air in a room or a housing where a battery is installed. When a gas leak is detected at (Sensor X), an alarm calibration constant (cf) is determined by comparing and calculating a sensor value of the comparison sensor and a sensor (Sensor Y) that detects a battery gas leak. cf has a value of 0 or 1 and redefines the alarm value by multiplying the alarm value generated by the gas monitoring sensor by the cf value.

상기 cf를 결정하기 위해, 비교 센서(Sensor X)에서 계산된 현 경고누적지수 > 0 인지 판단하고 (제1단계), 상기 1단계에서 NO 이면 cf = 1 정하고 (제2-1단계), YES 이면 전 경고누적지수 = 0인지 판단하여 (제2-2단계), 상기 2-2단계에서 YES이면 비교 센서 신호값을 이용하여 노름 H_x =(현 EMA_x - x_i)/현EMA_x, A_x= 노름 H_x × dt를 계산하고 감시 센서 신호값을 이용하여 노름 H_y =(현 EMA_y - y_k)/현 EMA_y, A_y = 노름 Hy × dt를 계산하며 (제3-1단계), 상기 2-2단계에서 NO이면 비교 센서 신호값을 이용하여 노름 H_x =(현 EMA_x - x_i)/현 EMA_x, A_x= A_x+ 노름 H_x × dt를 계산하고 감시 센서 신호값을 이용하여 노름 H_y =(현 EMA_y - y_i)/현 EMA_y, A_y= A_y + 노름 H_y × dt를 계산하고 (제3-2단계), A_x - A_y < 임계값을 확인하며 (제4 단계), 상기 4단계에서 NO 이면 cf =0로 저장하고 YES이면 cf=1으로 저장한다 (제 5단계)To determine the cf, it is determined whether the current warning cumulative index calculated by the comparison sensor (Sensor X) is> 0 (step 1), if NO in the step 1, cf = 1 (step 2-1), and YES If it is determined that the previous warning cumulative index = 0 (step 2-2), and if the YES in the step 2-2, the norm using the comparison sensor signal value H _x = (current EMA _x -x _i ) / current EMA _x , a gambling _x = H _x × dt to calculate and monitor the sensor signal values to the gambling _y = H using (now EMA _y - _y _k) / current EMA _y, a = _y × dt, and calculating the norm Hy (3-1 Step), if NO in step 2-2, calculate and monitor the norm H _x = (current EMA _x -x _i ) / current EMA _x , A _x = A _x + norm H _x × dt using the comparison sensor signal value Using the sensor signal value, calculate the norm H _y = (current EMA _y -y _i ) / current EMA _y , A _y = A _y + norm H _y × dt (step 3-2), and A _x -A _y <Check the threshold value (step 4), if NO in step 4, save as cf = 0; if YES, save as cf = 1 (Step 5)

도 8에서 도시한대로 본 발명에서 상기 cf를 이용하여 가스 감시 센서에서 발생한 알람값을 (cf × 알람)으로 재정의하고 관리자에게 전송한다. 이를 테면 cf=0 일 때, 감시 센서에서 감지한 가스는 외부에서 유입된 가스라고 판단하여 가스 감시 센서에서 발생한 알람을 0으로 재정의하며, cf=1일 때, 외부에서 유입된 가스의 영향이 없다고 판단하여 가스 감시 센서에서 계산된 알람 상수를 그대로 유지한다. As shown in FIG. 8, the alarm value generated by the gas monitoring sensor is redefined to (cf × alarm) using the cf and transmitted to the manager. For example, when cf = 0, the gas detected by the monitoring sensor is considered to be gas from outside, and the alarm generated by the gas monitoring sensor is redefined to 0. When cf = 1, there is no influence of gas from outside. At the same time, the alarm constant calculated by the gas monitoring sensor is maintained.

도 9에서 일례로 외부 공기 유입으로 가스가 감지되는 경우, 비교 가스 센서와 감시 센서의 시간에 따른 센서 신호값의 변화를 보여주고 있다.In FIG. 9, for example, when a gas is sensed by inflow of external air, the sensor signal value is changed with time between the comparison gas sensor and the monitoring sensor.

도 10에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예로서 가스 센서를 이용하여 배터리에서 배출되는 가스를 검출하고 검출 가스 농도의 변화를 계산하고 그에 따른 경보를 발생하는 알고리즘은, 먼저 상기 가스 센서와 연계된 BMS를 통해 센서 신호 측정값의 이력 데이터를 두 샘플 데이터 구간으로 나누어 저장하는 것으로 시작한다. As shown in FIG. 10, an algorithm for detecting a gas discharged from a battery, calculating a change in a detected gas concentration, and generating an alarm according to an embodiment of the present invention is first associated with the gas sensor. The BMS starts with storing the historical data of the sensor signal measured values divided into two sample data intervals.

상기 두 샘플 구간은 가장 최근 M개의 data 개수로 구성된 가스 data 샘플 X = [x₁,x₂, …, x_M](총 M개)과, 상기 data 샘플이전에 기록된 L개의 데이터 개수로 구성된 기준 data 샘플 Y=[y₁,y₂, …, y_L]으로 구성된다. 상기 가스 data 샘플과 기준 data 샘플을 통해 상기 가스 센서와 연계된 BMS가 가스 농도 변화량에 따른 농도의 이상 증가량을 판단하고 단계별 경고를 발생시킨다. The two sample intervals are gas data samples X = [x ₁ , x ₂ ,... , x _M ] (total M pieces) and the reference data samples Y = [y ₁ , y ₂ ,..., consisting of the number of L data recorded before the data samples. , y _L ]. Through the gas data sample and the reference data sample, the BMS associated with the gas sensor determines an abnormal increase in concentration according to the gas concentration change amount and generates a step-by-step warning.

이를 테면 두 샘플 그룹의 평균을 비교하여 통계적 유의성을 분석하는 Two sample test를 수행(

) 한다. 두 그룹의 평균값의 차이가 0이라는 가설 검정을 세우고 그에 따른 t-통계값을 계산하고 두 그룹이 이분산이라고 가정하여 자유도를 구한다. 상기 자유도에 따른 t 분포에서 p-value를 결정한다. 미리 정한 알람단계에 따른 유의수준과 상기 p-value 값을 비교하여 가설을 검증한다. 검증 결과에 따라 알람 상수를 결정한다. 즉 t-statistics 으로 두 그룹의 평균을 비교하여 가스 이상 증가 유무를 판단한다. For example, two sample test, which compares the mean of two sample groups and analyzes statistical significance,

) do. The hypothesis test that the difference between the mean values of the two groups is zero is established, the t-statistic is calculated accordingly, and the degrees of freedom are assumed assuming that the two groups are heteroscedastic. The p-value is determined from the t distribution according to the degrees of freedom. The hypothesis is verified by comparing the p-value with the significance level according to a predetermined alarm level. The alarm constant is determined according to the verification result. In other words, t-statistics compares the average of the two groups to determine if there is an increase in gas abnormality.

도 11에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예로서 가스 센서에서 측정된 센서 신호값을 바탕으로 가스 농도 변화량에 따른 단계별 경고 발생에 대한 알고리즘을 설명한다. As shown in FIG. 11, an algorithm for generating a warning according to a gas concentration change based on a sensor signal value measured by a gas sensor will be described.

먼저 상기 가스 센서와 연계된 BMS를 통해 상기 가스 센서로부터 측정된 센서 신호값을 토대로 매 측정 시간마다 센서 신호 변화 백분율을 계산한다. 현 센서 신호 변화 백분율은 현 센서 신호값에서 이전 신호값을 뺀 값을 이전 센서 신호값으로 나눈 값으로 정의한다. 이를 테면, 현 시간 i일때, s_i = (y_i - y_i-1 )/ y_i-1 로 구한다. 그리고 농도의 이상 증가량 판단 기준으로 미리 정의된 소량 검출 판단 기준(S1)과 급격한 가스 검출 판단 기준(S2)과 현 센서 신호 변화 백분율과 비교한다. 예를 들어 상술한 바와 같이 계산된 S₁ < s_i < S₂ 일 경우 주의 경고를 발생하고, s_i > S2 일 경우 비상 경고를 발생한다.First, the sensor signal change percentage is calculated at every measurement time based on the sensor signal value measured from the gas sensor through the BMS associated with the gas sensor. The current sensor signal change percentage is defined as the current sensor signal value minus the previous signal value divided by the previous sensor signal value. For example, at the current time i, s _i = (y _i -y _i-1 ) / y _i-1 . In addition, a small amount detection determination criterion (S1), a sudden gas detection determination criterion (S2), and a current sensor signal change percentage that are defined as an abnormal increase in concentration determination criteria are compared. For example, if S ₁ <s _i <S ₂ calculated as described above, a caution warning is issued, and if s _i > S2, an emergency warning is generated.

도 12에 도시된 바와 같이 상기 가스 센서(120)에는 적분기가 더 부착될 수 있으며, 추가적으로 아날로그 디지털 컨버터(303)와 이를 연산하는 프로세서(305)를 통해 관리자에게 전송한다.As shown in FIG. 12, an integrator may be further attached to the gas sensor 120, and additionally transmitted to the manager through the analog-to-digital converter 303 and the processor 305 that calculates the integrator.

상기 도 12는 본 발명에 따른 적분기와 가스 검출기 적분 제어부를 나타낸다. 도 12를 참조하면, 상기 센서 측정값의 변화를 측정하는 회로는 적분기(307), 비교기(308), AD 컨버터(303), 프로세서(305)로 구성되어 있다. 상기 적분기(308)는 제어전압(Vcc)를 공급받아서 가스 센서(120) 및 제1 저항(121)이 상기 제어전압(Vcc)을 분압한다. 상기 가스 센서(120)는 배터리가 정상상태일 때 600[Ω]이며 배터리가 이상 상태 인 경우에 상기 가스 센서(120)는 250[Ω]으로 순간적으로 감소하게 된다. 따라서 본 발명에서는 저항값 변화의 적분값을 검출하기 위한 적분기(307)를 기술적 특징으로 한다. 상기 적분기(307)에서는 정상적인 상태에서는 출력을 발생시키지 않지만, 일정 이상의 적분치에서는 출력을 발생시킨다. 더불어 상기 비교기(308)에서는 제1 커패시터(123) 및 제2 저항(122)이 위치한다. 상기 비교기(308)의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키기 위한 AD 컨버터(303)가 배치되며, 상기 AD 컨버터(303)의 출력신호를 처리하는 프로세서(305)의 신호를 바탕으로 랙 BMS(203) 또는 서브 BMS(204)를 제어하는 것을 기술적 특징으로 한다. 따라서 상기 가스 검출기 적분 제어부는 가스 농도의 적분치를 바탕으로 배터리의 상태를 모니터링 하는 것을 특징으로 한다.12 illustrates an integrator and a gas detector integration controller according to the present invention. Referring to FIG. 12, a circuit for measuring a change in the sensor measurement value includes an integrator 307, a comparator 308, an AD converter 303, and a processor 305. The integrator 308 receives a control voltage Vcc so that the gas sensor 120 and the first resistor 121 divide the control voltage Vcc. The gas sensor 120 is 600 [Ω] when the battery is in a normal state, and when the battery is in an abnormal state, the gas sensor 120 is temporarily reduced to 250 [Ω]. Therefore, in the present invention, the integrator 307 for detecting the integral value of the resistance value change is a technical feature. The integrator 307 does not generate an output in a normal state, but generates an output in an integral value of a predetermined value or more. In the comparator 308, the first capacitor 123 and the second resistor 122 are positioned. An AD converter 303 is disposed to convert the analog signal of the comparator 308 into a digital signal, and the rack BMS 203 is based on a signal of the processor 305 that processes the output signal of the AD converter 303. Or controlling the sub BMS 204 is a technical feature. Therefore, the gas detector integral control unit may monitor the state of the battery based on the integral value of the gas concentration.

도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 가스 농도의 변화량을 감지하여 배터리 열화 상태를 점검하기 위해 충방전 기간 동안 가스 센서 신호값을 감시한다. 변화량란 배터리의 충전 또는 방전 기간동안 측정된 센서 신호값의 평균적 변화율을 말한다. 상기 센서 신호값에서 기준 신호값(500)을 뺀 값을 기준 신호값으로 나눈 센서 신호 변화율을 매 시간 계산하며, 기준 신호값(500)은 충전 또는 방전이 시작되는 시점에서 계산된 지수 이동 평균 센서 신호 값(501)을 말한다. 센서 신호 평균 변화율은 충전 또는 방전 기간 동안 계산된 센서 신호 변화율을 매 측정시간 더한 합계를 충전 또는 방전 시간 동안 기록한 측정 회수(N; 502)로 나눈 값을 말한다.As shown in FIG. 13, in the present invention, the gas sensor signal value is monitored during the charge / discharge period in order to detect the amount of change in gas concentration and check the battery deterioration state. The amount of change refers to the average rate of change of sensor signal values measured during the charge or discharge of the battery. The sensor signal change rate obtained by dividing the value obtained by subtracting the reference signal value 500 from the sensor signal value by the reference signal value is calculated every hour, and the reference signal value 500 is an exponential moving average sensor calculated at the start of charging or discharging. Refers to the signal value 501. The average change rate of the sensor signal is a value obtained by dividing the sum of the sensor signal change rates calculated during the charging or discharging period by the number of measurement times (N) 502 recorded during the charging or discharging time.

충방전 싸이클이 종료된 시점에서 센서 신호 평균 변화율과 초기 변화값을 관리자에게 보고하여 배터리 열화 상태를 점검한다. 상기 초기 변화값 비교 기준값이란 배터리 열화가 진행되지 않은 운용 초기동안 기록된 센서 신호 평균 변화율을 말한다. 충전 또는 방전 기간 동안 평균 변화율의 합산을 위해 도 12의 적분기를 사용할 수 있다.At the end of the charge / discharge cycle, the sensor signal average change rate and initial change value are reported to the manager to check battery deterioration. The initial change value comparison reference value refers to an average change rate of the sensor signal recorded during the initial operation of the battery which is not degraded. The integrator of FIG. 12 can be used to sum up the average rate of change during a charge or discharge period.

본 발명에 따른 분진 및 연기 감지 센서는 공간 내 상기 가스 센서 (120)와 같은 곳에 배치하는 것이 바람직하다. 상기 감지 센서가 부착된 공간 또는 함체내에 설치 된 소화설비와 연계되어 분진 및 연기 감지 시 감지 신호를 소화설비에 직접 전송하여 작동하도록 한다. 또한 상기 감지 센서는 BMS와 연계를 통해 감지 신호를 관리자에게 전송하여 소화 설비가 작동 중임을 알릴 수 있다. The dust and smoke detection sensor according to the invention is preferably arranged in the same place as the gas sensor 120 in the space. In connection with the fire extinguishing system installed in the space or the enclosure to which the detection sensor is attached, the detection signal is directly transmitted to the fire extinguishing system when dust and smoke are detected. In addition, the detection sensor may transmit a detection signal to the manager through a connection with the BMS to inform that the fire extinguishing facility is in operation.

상기 분진 및 연기 감지 센서와 연계된 소화 설비는 랙 내부에 설치되어 직접 분사하거나 랙 외부에 설치되어 랙에 설치된 분사구를 통해 분사할 수 있도록 한다. The fire extinguishing facility associated with the dust and smoke detection sensor is installed in the rack to directly spray or installed outside the rack to be sprayed through the injection hole installed in the rack.

1 : 단자
3 : CID
4 : 벤트
5 : 개스킷
7 : 하우징
100 : 함체, 랙
100' : 배터리실
101 : 배출팬
120 : 가스 센서 또는 가스 감시 센서
120' : 비교 센서
120-1 : 금속산화물
120-2 : 전극
120-3 : MEMS 기판
120-4 : 가스 측정치의 변화량
121 : 제1 저항
122 : 제2 저항
123 : 제1 커패시터
200 : 배터리
200-1 : 배터리 단자 플레이트
200-2 : 써미스터 온도 센서
200-5 : 환경 감시 센서
201, 201-n : 배터리 모듈
203 : 랙 BMS
204 : 서브 BMS
300 : 기판
301 : 가스감지판
302 : 통풍형 기판
303 : AD 컨버터
304 : I2C 인터페이스
305 : 프로세서
306 : 관통홀
307 : 적분기
308 : 비교기
500 : 기준 신호값
501 : 이동 평균 센서 신호 값
502 : 충방전 기간 동안 신호 측정 횟수
Vcc : 제어전압
Vc : 비교기 출력전압
V1 : 비교기 입력전압
Vref : 기준전압1: terminal
3: CID
4: vent
5: gasket
7: housing
100: enclosure, rack
100 ': battery compartment
101: exhaust fan
120: gas sensor or gas monitoring sensor
120 ': comparison sensor
120-1: Metal Oxide
120-2: Electrode
120-3: MEMS Substrate
120-4: amount of change in gas measurement
121: first resistance
122: second resistance
123: first capacitor
200: battery
200-1: Battery Terminal Plate
200-2: Thermistor Temperature Sensor
200-5: Environmental Monitoring Sensor
201, 201-n: Battery Module
203: rack BMS
204: Sub BMS
300: substrate
301: gas detection plate
302: ventilated substrate
303: AD Converter
304: I2C interface
305: processor
306: through hole
307: integrator
308: comparator
500: reference signal value
501: Moving average sensor signal value
502: number of signals measured during charge and discharge
Vcc: Control Voltage
Vc: comparator output voltage
V1: comparator input voltage
Vref: reference voltage

Claims

In the alarm method using a battery protection device managed by the battery protection device,
(a) Calculate the real-time exponential moving average value EMA from the gas sensor value y _i measured using the gas sensor, and determine the allowable sensitivity LB1 indicating the measurement error range due to the sensor sensitivity based on the exponential moving average value. Determining a minimum allowable lower limit value LB2 which is a minimum range capable of determining a sudden change in gas concentration;
(b) When the gas sensor value is greater than the permissible sensitivity, the alarm level is determined to be "normal", and when the gas sensor value is between the permissible sensitivity and the lower permissible limit value, the gas sensor value is allowed permissible sensitivity and tolerance to prevent malfunction due to sensor sensitivity. Set the alarm level to "Caution" if it stays continuously between lower limit values and continuously decreases, otherwise set the alarm level to "Normal" and if the gas sensor value is less than the permissible lower limit value, set the alarm level to " Determining "emergency";
(c) transmitting the alarm stage determined in step (b) to the administrator and proceeding to the next time; Battery protection method using an integrated environmental monitoring device comprising a.

In the alarm method using the supervised battery protection device controlled by the battery protection device, in order to prevent the sensor from malfunctioning due to the inflow of external air into the battery, it detects the gas discharged from the battery and installs a gas monitoring sensor installed near the battery. In the method using the comparative sensor (Sensor X) installed in the (Y) and near the opening less affected by the gas discharged from the battery to detect the gas contained in the external air inflow,
(a) detecting a gas through a time-dependent change of a sensor signal value y _i using a gas monitoring sensor to determine an alarm step;
(b) determining the presence or absence of gas detection through a change in the sensor signal value x _i using the comparison sensor with time;
(c) In step (b), when it is determined that the gas detection, the cumulative sum of the area of the signal change percentage of the comparison sensor for the time determined to be gas detection, and the signal calculated as the signal value of the gas monitoring sensor for the same time Accumulating and summing change rate areas and comparing the calculated values of the two sensors to determine a gas source;
(d) when the gas source is determined to be external in step (c), redefine the alarm step generated in step (a) to "normal", and when there is no gas detection in step (b) and (c) Transmitting the alarm generated in step (a) to a manager when the gas source is determined to be a battery in step).

In an alarm method using a battery protection device for monitoring and controlling controlled by a battery protection device, a sample data section (L, M) is set from the sensor signal history data measured from a gas sensor every hour, and the most recently sampled schedule Gas data sample consisting of a number of data X = [x ₁ , x ₂ ,... , x _M ] (total M pieces), and the reference data samples Y = [y ₁ , y ₂ ,... , y _L ], hypothesized that there is no difference between the mean values of the two samples using the gas data sample X and the reference data sample Y, and then perform two sample tests (

And calculate a t-statistic and a degree of freedom, obtain a p-value from the distribution, and compare the p-value with a significance level according to a preset alarm level to generate an alert. How to protect your battery using your device.

In the alarm method using the monitoring and monitoring battery protection device controlled by the battery protection device, the current sensor signal value (every measurement time) to generate a step-by-step warning according to the rate of change of the sensor signal value (x) measured from the gas sensor ( x _i ) and the previous sensor signal value (x _i-1 ) are used to calculate the percentage of sensor signal change as s _i = (x _i -x _i-1 ) / x _i-1 . After defining the small amount detection criterion (S ₁ ) and the sudden gas detection criterion (S ₂ ), if S ₁ <s _i <S ₂ calculated by the battery protection device, a caution warning is issued, and s _i > S ₂ When the battery protection method using an integrated environmental monitoring device, characterized in that to generate an emergency warning.

A method of managing and monitoring a battery deterioration state through a battery protection device, wherein the rate of change of a signal value is determined using a sensor signal value (x) measured during a charge / discharge period from a gas sensor disposed in a space including a battery. The value obtained by subtracting the reference value from the value is divided by the reference value, and calculated and cumulatively summed up every hour. A battery protection method using an integrated environmental monitoring device, characterized in that for determining a battery deterioration state.

The method according to claim 1, 2, 3, 4 or 5,
The gas sensor is a battery protection method using an integrated environmental monitoring device comprising a metal oxide, chemical resistance, semiconductor, photo-ion, and infrared sensor.

In a method of protecting a battery by predicting condensation in a module by using an environmental monitoring sensor, an expected temperature, T _d , that forms condensation is calculated using the ambient temperature and the ambient humidity measured by the environmental monitoring sensor, and the T Calculate the difference between _d and the surface temperature, T _S , measured by the thermoster attached to the battery surface (T _d -T _S ) and determine that the difference is less than the allowable temperature difference. Generating a second condensation when the difference value is equal to or less than 0 and generates a second warning.

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