KR102086842B1 - Ess 배터리랙 화재확산방지 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 ESS 배터리랙 화재확산방지 장치에 관한 것으로, 금속 재질로 형성되고 전후면이 개방되며 내부에 수용공간을 가진 케이스; 상기 케이스의 내측에 일정두께로 설치된 내화단열재; 상기 내화단열재의 내부에 복수의 배터리모듈이 상 하로 이격되어 적층될 수 있는 구조를 이루는 ESS 배터리랙; 금속 재질로 형성되고, 내측에 상기 내화단열재가 설치되며, 하부에 외부의 냉기가 유입하는 냉기유입구가 형성되고, 케이스의 전면부에 힌지결합되어 전면 개방부를 개폐하는 전면부 도어; 상기 냉기유입구에 설치된 유입구 덮개; 금속 재질로 형성되고, 내측에 상기 내화단열재가 설치되며, 상부에 통풍구가 형성되고, 상기 케이스의 후면부에 힌지결합되어 후면 개방부를 개폐하는 후면부 도어; 케이스의 상부 후방에 상기 통풍구의 형상과 대응되도록 형성된 연기배출구와 상기 연기배출구에 연장되어 돌출 형성된 연기배출관; 케이스의 상부 후방 내측에 설치되어 상기 통풍구와 상기 연기배출구를 선택적으로 닫도록 하는 환기구 덮개; ESS 배터리랙에 적층되는 배터리모듈에 설치된 내부 온도센서; 케이스 외측에 설치된 외부 온도센서; 및 상기 내부 온도센서와 외부 온도센서에서 측정된 온도 데이터에 따라 배터리모듈의 전원을 제어하는 제어부를 포함하고, 화재 발생 시 유입구 덮개가 냉기유입구를 닫고, 환기구 덮개가 연기배출구는 개방하고 통풍구를 닫도록 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

ESS 배터리랙 화재확산방지 장치{A fire spread prevention device for ESS battery racks}
본 발명은 ESS 배터리랙 화재확산방지 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 에너지저장시스템에 사용되는 ESS 배터리랙을 내화단열재가 결합된 케이스 내에 설치하고, 케이스의 내외부에 구비된 온도센서와 제어부를 통해 화재가 발생하기 전에 이상징후를 판별하여 관리자가 조치를 취할 수 있도록 하며, 화재 발생 시 상기 ESS 배터리랙을 외부와 격리시켜 화재확산을 방지하는 ESS 배터리랙 화재확산방지 장치에 관한 것이다.
지속적인 산업의 발달과 소득의 증대로 인해 전기용품 사용이 증가함에 따라 전기의 사용량이 급격하게 증가하는 추세에 있으며, 냉방기를 주로 사용하는 여름철이나 온열기를 주로 사용하는 겨울철의 경우에는 전력 사용량의 급격한 증가로 인해 대규모 정전사고가 빈번히 일어나고 있는 상황이다.
이러한 부하의 지속적인 증대에 대응하기 위해 전력공급의 설비를 늘려야 한다는 목소리가 높아지고 있으나, 최대 부하에 대응하기 위해 전력설비를 증설할 경우, 하절기와 동절기를 제외한 시기의 유휴설비가 늘어나게 되어 설비이용률이 떨어지게 되며, 전력설비 증설 및 유지 등에 따른 금전적인 문제가 발생한다.
이와 같은 문제를 해결하기 위한 대책 중 하나가 에너지저장시스템(Energy Storage System, 이하 약칭으로 ESS라 함)이다. ESS는 생산된 전력을 발전소, 변전소 및 송전선 등을 포함한 연계 시스템에 저장하고, 전력이 필요한 시기에 선택적으로 사용하여 에너지 효율을 극대화 시키는 시스템이다.
야간에 유휴전력을 저장하고 전력소모가 심한 주간에 저장된 전력을 사용하는 부하평준화(Load Leveling)를 통해 전력의 효율적인 사용이 가능하고, 스마트 그리드와 결합되면 기존 전력망에 정보기술(IT)이 응용되어 젼력공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 정보를 교환하여 ESS를 통해 필요한 시기에 전기에너지를 공급하는 것으로 에너지 효율을 증가시킬 수 있다.
ESS에서 가장 핵심적 요소는 에너지의 저장 기술이며, 그 중에서도 배터리가 주로 사용된다. ESS에 사용되는 배터리는 하나의 전지가 아닌 수많은 셀로 이루어져 있고, 셀이 모여 모듈(module)이 되고 모듈이 모여 팩(pack)이되며, 이 팩이 모이면 랙(rack)이 되고, 최종적으로 랙이 여러 개 모여 시스템을 구성하게 된다.
이러한 시스템을 구성하는데 필요한 ESS 배터리랙은 팩 형태의 배터리모듈을 적층하여 수납하는 구조를 가지며, 일반적으로 배터리모듈의 손상을 방지하기 위한 안전장치가 구성되어 있다.
최근 신재생에너지에 대한 관심의 급증으로 인해 ESS 수요도 폭발적으로 늘고 있으며, ESS를 구성하는 배터리와 랙의 안전성에도 이목이 집중되고 있다.
ESS에 사용되는 에너지 충전 배터리는 주로 리튬이온 배터리가 사용된다.
리튬이온 배터리는 리튬이온이 양극과 음극을 오가며 충전 및 방전하는 화학적 저장장치로서 다른 종류의 배터리보다 빠르게 충전되고 출력 밀도가 높아 오랜 시간 사용이 가능하며, 상대적으로 부피가 작고 가벼우며, 완전 방전이 되지 않은 채 충전하면 본래의 구동시간보다 구동시간이 감소하는 메모리 효과가 없고, 친환경적이며 상대적으로 유지보수비용이 적다. 하지만 여타의 배터리에 비교했을 때 화재에 취약하다는 단점이 존재한다.
배터리의 화재는 주로 배터리 셀의 열폭주 현상에 의해 발생된다.
열폭주(thermal runaway) 현상은 고도의 산화성 양극과 고도의 환원성 음극이 함께 만나 급속도로 스스로 발열하는 화학반응을 말한다.
열 폭주 현상이 발생했을 때 배터리 셀은 저장된 에너지를 매우 빠르게 방출하게 되며, 배터리 셀에 충전된 에너지가 많을수록 열 폭주 반응이 더욱 활발하게 일어난다. 특히 리튬이온 배터리의 경우 다른 배터리보다 에너지 밀도가 높기 때문에 열 폭주 현상이 매우 활발하게 일어난다. 열폭주 현상의 원인으로는 과충전, 과방전, 내부단락사고, 단자접촉불량, 충전불량 등이 있다.
일반적으로 리튬이온 배터리 내부 온도가 170℃ 이상일 때 열 폭주가 발생하고 70℃ 이하 상태에서도 발열에 좋은 환경이 만들어지면 열 폭주가 1~2일 후 일어난다. 열 폭주 현상이 발생했을 때 리튬이온 배터리의 내부 압력이 증가하고 내부 전해액이 기화되며 이 후 리튬이온 배터리가 팽창해 전해액이 분출되고, 백색 연기가 일어나며 600℃ 이상일 때 불타기 시작한다.
열 폭주 현상으로 발생한 화재는 연소에 필요한 산소를 차단하더라도 배터리에 충전된 에너지를 모두 방출할 때까지 지속되며, 화재와 함께 일산화탄소(CO)와 아세틸렌(C2H2) 등의 유독성 가스가 다량 방출된다. 열 폭주 현상은 과충방전, 내부단락 사고, 단자의 불량, 전해액의 농도, 충전불량 등에 의해 발생할 수 있다.
ESS에 사용되는 배터리모듈은 리튬이온 배터리 셀이 팩에 밀집되어 만들어지고, 각 단의 모듈이 상, 하로 적층되어 랙 모양의 저장형태를 갖추며, 배터리랙은 컨테이너 또는 룸(room)에 밀집하여 설치되기 때문에, 배터리모듈 1개의 화재가 ESS의 대형 화재로 확산되기 쉽다.
게다가 일반적으로 ESS가 설치되는 공간은 항온과 항습을 위해 창을 두지 않아서 외부에서의 화재 진압이 어렵고, 내부에 소화설비가 설치되어 있으나 화재 발생 시 온도가 최대 1100℃에 이를 만큼 매우 강해 조기진압이 어렵다는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 공개특허공보 10-2001-0028777호(전력축전지의 화재 확산 방지장치)와 등록특허공보 10-1706717호(에너지 저장시스템의 배터리팩 화재예방장치)가 개발되었다.
전력축전지의 화재 확산 방지장치는 복수의 층에 설치된 층간축전지에 난연성 스텐레스 소재의 방화용 층간 격판(12), 셀간 격판(21) 및 이면 격판(22)을 설치하여 배터리랙 내부로 화재가 확산되지 않도록 했으나, 배터리랙 외부로의 화재 확산은 방지하지 못하는 문제가 있었다.
에너지 저장시스템의 배터리팩 화재예방장치는 복수의 배터리모듈이 상, 하로 적층되도록 배열되는 트레이(110)의 일측에 차단블록(600)이 설치되어, 배터리 모듈에 화재 발생 시 차단블록(600)의 단부가 트레이(110)의 내부로 진입되어 복수의 배터리 모듈을 구획되게 차단하는 것으로 화재가 주위의 배터리모듈로 확산되지 않도록 했으나, 화재가 발생하기 전에 조치를 취하지 못한다는 단점이 있고, 차단블록(600)을 트레이(110)측으로 이동시키는 로드를 갖는 액튜에이터(700)가 ESS 설치공간을 많이 삭감하며, 트레이(110)의 일측이 개구되어 화재가 ESS 배터리랙의 외부에서 발생했을 때 배터리모듈을 보호하지 못하고, 배터리모듈의 연소로 발생되는 유독성 가스가 ESS 설치공간을 오염시키는 문제가 있었다.
대한민국 공개특허공보 제10-2001-0028777호 (2001.04.06. 공개 공고, 발명의 명칭 : 전력축전지의 화재 확산 방지장치) 대한민국 등록특허공보 제10-1706717호 (2017.03.09. 등록 공고, 발명의 명칭 : 에너지 저장시스템의 배터리팩 화재예방장치)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로, ESS 배터리랙의 내부 또는 외부에서 화재가 발생했을 때 화재가 확산되는 것을 방지하고, 화재가 발생하기 전에 이상징후를 판별하여 관리자가 조치를 취할 수 있도록 하며, ESS 설치공간을 효율적으로 사용할 수 있도록 장치의 구조를 개선하고, 배터리모듈이 연소될 때 발생되는 유독성 가스를 ESS 설치공간으로 확산되지 않도록 하는 것을 해결하고자 하는 과제로 하였다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 ESS 배터리랙 화재확산방지 장치는 금속 재질로 형성되고 전후면이 개방되며 내부에 수용공간을 가진 케이스(100); 상기 케이스(100)의 내측에 일정두께로 설치된 내화단열재(101); 상기 내화단열재(101)의 내부에 복수의 배터리모듈이 상, 하로 이격되어 적층될 수 있는 구조를 이루는 ESS 배터리랙(102); 금속 재질로 형성되고, 내측에 상기 내화단열재(101)가 설치되며, 하부에 외부의 냉기가 유입되는 냉기유입구(210)가 형성되고, 상기 케이스(100)의 전면부에 힌지결합되어 전면 개방부를 개폐하는 전면부 도어(200); 상기 냉기유입구(210)에 설치된 유입구 덮개(220); 금속 재질로 형성되고, 내측에 상기 내화단열재(101)가 설치되며, 상부에 통풍구(310)가 형성되고, 상기 케이스(100)의 후면부에 힌지결합되어 후면 개방부를 개폐하는 후면부 도어(300); 상기 케이스(100)의 상부 후방에 상기 통풍구(310)의 형상과 대응되도록 형성된 연기배출구(400)와 상기 연기배출구(400)에 연장되어 돌출 형성된 연기배출관(410); 상기 케이스(100)의 상부 후방 내측에 설치되어 상기 통풍구(310)와 상기 연기배출구(400)를 선택적으로 닫도록 하는 환기구 덮개(320); 상기 ESS 배터리랙(102)에 적층되는 배터리모듈에 설치된 내부 온도센서(500); 상기 케이스(100) 외측에 설치된 외부 온도센서(510); 및 상기 내부 온도센서(500)와 외부 온도센서(510)에서 측정된 온도 데이터에 따라 배터리모듈의 전원을 제어하는 제어부(600)를 포함하고, 화재 발생 시 상기 유입구 덮개(220)가 상기 냉기유입구(210)를 닫고, 상기 환기구 덮개(320)가 상기 연기배출구(400)는 개방하고 상기 통풍구(310)를 닫도록 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명은 내화단열재가 결합된 케이스의 내부에 배터리모듈이 상, 하로 적층되는 ESS 배터리랙이 설치되고, 케이스 내외부에 구비된 온도센서와 제어부가 측정된 온도의 기울기값을 계산하고 그에 따른 증감패턴을 비교분석하여 이상징후와 이상징후 발생 위치를 판별하고 관리자에게 경보를 알려 화재가 발생하기 전에 조치를 취할 수 있는 효과가 있다.
또한, 이상징후가 화재 또는 이에 준하는 위험한 상태로 판별될 경우 케이스 내부의 덮개가 냉기유입구와 통풍구를 닫아 ESS 배터리랙을 외부와 격리시킴으로써 화재 또는 위험요소가 케이스 내부에서 외부로, 또는 케이스 외부에서 내부로 확산되는 것을 방지하는 이점을 가지고, 격리수단을 소형화하여 케이스 내부에 설치함으로써 ESS 설치공간을 효율적으로 사용할 수 있는 이점을 가지며, 케이스 내부의 배터리모듈에서 화재가 발생했을 때 발생되는 유독성 가스를 연기배출구를 통해 ESS 설치공간의 외부로 빼내어, ESS 설치공간이 유독성 가스에 의해 오염되는 것을 방지하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 ESS 배터리랙 화재확산방지 장치의 사시도.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 케이스 전면부의 부분 설명도.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 케이스 후면부의 부분 설명도.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 평상시 장치의 내부 단면도.
도 5는 본 말명의 일실시 예에 따른 화재발생 시 장치의 내부 단면도.
도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 제어부의 구성도.
도 7은 본 발명의 일실시 예에 따른 제어부의 이상징후 판별단계의 순서도.
본 발명의 ESS 배터리랙 화재확산방지 장치에 대한 구성, 특정한 장점들 및 새로운 특징들을 첨부된 도면들을 이용해 설명하고자 한다.
이에 앞서, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 ESS 배터리랙 화재확산방지 장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 케이스 전면부의 부분 설명도이며, 도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 케이스 후면부의 부분 설명도이고, 도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 평상시 장치의 내부 단면도이며, 도 5는 본 말명의 일실시 예에 따른 화재발생 시 장치의 내부 단면도이고, 도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 제어부의 구성도이며, 도 7은 본 발명의 일실시 예에 따른 제어부의 이상징후 판별단계를 설명하기 위한 순서도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 케이스(100)는 전후면이 개방되고 내부에 수용공간을 가진 금속재로서, 케이스(100)의 내측에는 내화단열재(101)가 일정두께로 설치되고, 내화단열재(101)의 내부에는 복수의 배터리모듈이 상, 하로 이격되어 적층될 수 있는 구조를 가진 ESS 배터리랙(102)이 설치된다.
케이스(100)의 전면 개방부에는 내측에 내화단열재(101)가 설치된 금속 재질의 전면부 도어(200)가 힌지결합되어 케이스(100)의 전면 개방부를 개폐하고, 전면부 도어(200) 하부에 냉기유입구(210)가 형성되며, 케이스(100)의 후면 개방부에는 내측에 내화단열재(101)가 설치된 금속 재질의 후면부 도어(300)가 힌지결합되어 케이스(100) 후면 개방부를 개폐하고, 후면부 도어(300) 상부에 통풍구(310)가 형성된다.
냉각효과의 증대를 위해 냉기유입구(210)는 도어 하부에, 통풍구(310)는 도어 상부에 형성되는 것이 바람직하다. 차가운 공기는 따뜻한 공기보다 밀도가 크기 때문에, 냉기유입구(210)로 들어온 차가운 공기가 ESS 배터리랙(102)을 하부에서 상부 방향으로 냉각하고, 냉각이 끝나고 따뜻해진 공기는 상부에 있는 통풍구(310)로 빠져나가도록 한다. 내화단열재(101)는 고온을 버틸 수 있는 내화단열벽돌, 실리콘 등의 소재가 사용될 수 있다.
케이스(100)의 상부 후방에는 통풍구(310)의 형상과 대응되도록 연기배출구(400)가 형성되고, 금속 재질의 연기배출관(410)이 상기 연기배출구(400)의 외측에 돌출 형성되며, ESS가 설치되는 컨테이너, 룸 등의 공간에 구비된 환기시설에 연장 연결됨으로써, 케이스(100) 내부의 배터리모듈이 연소될 때 발생되는 유독성 가스를 ESS 설치공간의 외부로 빼내어 ESS 설치공간이 유독성 가스에 의해 오염되는 것을 방지하는 이점을 가진다.
전후면부 도어(300)는 경첩 등을 사용하여 힌지결합되고, 냉기유입구(210)와 통풍구(310)에는 ESS 배터리랙(102)의 용량에 부합하는 냉각팬이 설치될 수 있으며, 냉기유입구(210), 통풍구(310) 및 연기배출구(400)는 외부의 이물질과 동물, 곤충 등의 생물이 케이스(100) 내부로 들어가지 못하도록 메쉬가 형성된 망을 설치하는 것이 바람직하다고 본다.
또한, 상기 ESS 배터리랙(102)에 적층되는 배터리모듈에 설치된 내부 온도센서(500)가 각 배터리모듈의 온도를 측정하고, 상기 케이스(100) 외측에 설치된 외부 온도센서(510)가 상기 케이스(100) 외측의 온도를 측정하여 후술하는 제어부(600)에 온도 데이터를 전송하며, 기본 온도측정 간격은 1초 내외로 설정되는 것이 바람직하고, 온도측정 간격은 주변환경에 따라 사용자가 임의로 설정할 수 있다.
내외부 온도센서(500, 510)는 열전쌍 온도센서, 반도체 온도센서 등의 센서 외에도 에너지관리시스템(Energy Management System, 이하 약칭으로 EMS라 함)에서 기존에 사용되는 센서도 포함하여 사용될 수 있고, 적어도 한 개 이상의 온도센서를 설치하여 오감지를 방지하도록 하며, 외부 온도센서(510)는 주변환경에 따라 설치되는 위치가 달라질 수 있다.
상기 전면부 도어(200) 하부에 형성된 상기 냉기유입구(210)를 닫을 수 있도록 유입구 덮개(220)가 설치된다. 유입구 덮개(220)는 냉기유입구(210)보다 크고 일정 두께를 가진 금속재 보드이며, 유입구 덮개(220)의 상부 양측에 제1 회동축(222)이 돌출 형성되어 상기 냉기유입구(210) 상부 양측에 결합된 제1 회동축 지지구(221)에 삽입되고, 제1 회동축(222)의 일측 단부에 제1 모터(223)가 결합되는데 모터의 본체는 상기 전면부 도어(200)의 외측에 설치되며 제1 모터(223)는 후술하는 제어부(600)의 신호에 의해 동작된다.
상기 케이스(100)의 상부 후방 내측에는 상기 연기배출구(400)와 통풍구(310)를 선택적으로 닫을 수 있도록 환기구 덮개(320)가 설치된다. 환기구 덮개(320)는 상기 연기배출구(400)와 통풍구(310)보다 크고 일정두께를 가진 금속재 보드이며, 환기구 덮개(320)의 상부 양측에 제2 회동축(322)이 돌출 형성되어 상기 연기배출구(400)의 내측 후방 양측에 결합된 제2 회동축 지지구(321)에 삽입되고, 제2 회동축의 일측 단부에 제2 모터(323)가 결합되는데 모터의 본체는 상기 케이스(100)의 외측에 설치되며, 제2 모터(323)는 후술하는 제어부(600)의 신호에 의해 동작된다.
도 4와 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 모터(223)는 평상시에 상기 냉기유입구(210)가 열려있도록 유입구 덮개(220)를 고정시키고 있다가 화재가 발생했을 때 유입구 덮개(220)를 회동시켜 상기 냉기유입구(210)를 닫으며, 제2 모터(323)는 평상시에는 상기 연기배출구(400)가 닫혀있도록 환기구 덮개(320)를 고정시키고 있다가, 화재 발생 시 환기구 덮개(320)를 회동시켜 상기 연기배출구(400)를 열고 상기 통풍구(310)를 닫는다.
화재가 발생했을 때, 상기 두 개의 덮개가 상기 냉기유입구(210)와 통풍구(310)를 닫아 ESS 배터리랙(102)을 외부와 격리시킴으로써 화재가 케이스(100) 내부에서 외부로 확산되는 것을 막고, 케이스(100) 외부에서 화재가 발생한 경우 내부로 확산되는 것을 방지하는 이점을 가지며, ESS 배터리랙(102)의 격리수단을 소형화하여 케이스(100) 내부에 덮개를 설치함으로써 ESS 설치공간을 효율적으로 사용할 수 있는 이점을 가진다.
상기 냉기유입구(210)의 주변에는 유입구 완충패드(224)가 설치되고 상기 통풍구(310)의 주변에는 통풍구 완충패드가 설치되어 각각의 덮개가 냉기유입구(210)와 통풍구(310)를 닫을 때의 충격과, 각각의 덮개가 냉기유입구(210)와 통풍구(310)를 닫고 있을 때 상기 케이스(100) 내부의 화재 폭발에 의한 충격을 완화시킨다. 완충패드는 내열성 실리콘 등의 재질로 설치하여 화재 발생 시 열기와 화염이 출입하지 못하도록 하며, 제1, 제2 모터(223, 323)는 외부의 UPS전원과 내부의 ESS 배터리랙(102)의 2개 전원이 연결되어 두 전원 중의 하나의 전원이 차단되더라도 동작되도록 하여 안정성이 확보되도록 하고, 두 모터의 본체는 외부에 설치되므로 고장을 방지하기 위해 금속재로 감싸는 것이 바람직하다. 제1 제2 모터(223, 323)는 스탭 모터, 기어드 모터, 서보 모터 및 액츄에이터 등이 사용될 수 있다.
제어부(600)는 상기 내외부 온도센서(500, 510)에 측정된 온도 데이터를 분석하여 이상징후를 판별하고, 화재로 판별될 경우 상기 케이스(100) 내부에 구비된 덮개를 구동하여 화재 확산을 방지하도록 장치를 제어하며, 온도 데이터저장부(601), 임계온도 판별부(602), 기울기값 계산부(603), 기울기값 데이터저장부(604), 패턴분석부(605), 이상징후 판별부(606), 덮개구동부(608), 전원차단부, 경보발생부(609)로 구성된다.
도 6과 도 7을 참조하면서 설명하면, 온도 데이터저장부(601)는 상기 내외부 온도센서(500, 510)에서 측정된 온도 데이터를 저장하고, 임계온도 판별부(602)는 상기 내외부 온도센서(500, 510)가 측정한 온도를 토대로 임계온도 초과 여부를 판별한다. 평상시 온도보다 10% 정도 높은 온도를 기본 임계온도로 설정한다.
예를 들어, 평상시 측정 대상의 온도가 28도라면 이보다 10% 정도 높은 30.8도가 기본 임계온도이다. 임계온도는 주변환경에 따라 사용자가 임의로 설정할 수 있고, 일시적인 온도상승의 가능성을 고려하여 측정된 온도가 임계온도를 5분 이상 초과했을 때 임계온도 초과로 판별하며, 같은 장소에 적용된 2개 이상의 온도센서 중 하나 또는 일부에서만 임계온도가 초과된다면 임계온도의 초과 여부를 판별하지 않고 관리자에게 통보만 수행한다.
상기 임계온도 판별부(602)에 의해 임계온도 초과 여부가 판별될 경우, 경보발생부(609)가 관리자에게 SMS, 팝업창, 경보음 등의 1차 경보를 알리고, 상기 내외부 온도센서(500, 510)의 기본 온도측정 간격은 1초에서 0.1초로 줄어들어 세밀한 온도측정를 수행하며, 기울기값 계산부(603)가 상기 온도 데이터저장부(601)의 온도 데이터를 이용하여 단위시간에 대한 온도변화의 기울기값을 계산하고, 계산된 기울기값 데이터는 기울기값 데이터저장부(604)에 저장된다. 예를 들어, 5도 상승하는데 1시간이 걸렸다면 기울기값은 tan(5℃/3600s)가 되며, 기울기값 계산에 필요한 단위시간은 사용자 임의로 설정할 수 있다.
패턴분석부(605)에서는 상기 기울기값 데이터저장부(604)의 기울기값 데이터를 이용하여 배터리모듈과 상기 케이스(100) 외측의 온도변화 기울기값의 증감 패턴을 비교분석한다. 예를 들어, 평상시에 2도 상승하는데 1시간이 걸렸다면 기울기값은 tan(2℃/3600s)가 되는데, 2도 상승하는데 10초 걸렸다면 기울기값은 tan(2℃/10s)가 되어 갑작스런 기울기값의 증가 패턴을 분석하게 된다. 특히 배터리 화재의 주원인이 되는 열폭주 현상은 열 발생의 반복누적이라는 특징을 가지고 있기에, 온도변화 기울기값의 증감패턴 비교분석으로 판별하는 것이 바람직하다.
상기 패턴분석부(605)의 비교분석의 결과를 토대로 이상징후 판별부(606)가 이상징후와 이상징후 발생 위치를 판별하고, 상기 이상징후 판별부(606)의 판별 결과를 토대로 전원차단 결정부(607)가 ESS 배터리랙(102)의 전원 차단 여부를 결정한다.
이상징후가 화재가 아닌 다른 문제(열폭주 현상, 오작동, 과충전, 내부단락사고 등)로 판별될 경우에는 전원차단 결정부(607)가 문제의 경중에 따라 ESS배터리 랙 또는 배터리모듈의 전원 차단 여부를 결정하고, 상기 경보발생부(609)가 관리자에게 SMS, 팝업창, 경보음 등의 2차 경보를 알림으로써 화재가 발생하기 전에 조치를 취할 수 있는 이점을 가진다.
이상징후가 화재 또는 이에 준하는 위험한 상황으로 판별될 경우, 상기 경보발생부(609)가 관리자에게 SMS, 팝업창, 경보음 등의 2차 경보를 알리고, 덮개구동부(608)가 상기 제1, 제2 모터(223, 323)에 신호를 전송하여 상기 유입구 덮개(220)와 환기구 덮개(320)를 구동시킴으로써 ESS 배터리랙(102)을 외부와 격리시킨다. ESS 배터리랙(102)에서 발생된 화재 또는 위험요소가 케이스(100) 외부로 확산되는 것을 방지하여 외부시설을 보호하고, 외부에서 발생된 화재 또는 위험요소가 케이스(100) 내부로 확산되는 것을 방지하여 ESS 배터리랙(102)을 보호하며, 상기 덮개구동부(608)가 동작된 후 전원차단 결정부(607)가 ESS 배터리랙(102)의 전원을 차단한다. 상기 전원차단 결정부(607)에서는 DC차단기 이외에 EMS에서 기존에 사용되는 차단기도 포함하여 사용될 수 있다.
이상징후가 문제없음으로 판별될 경우, 상기 내외부 온도센서(500, 510)의 온도측정 간격을 0.1초에서 1초로 복귀시켜 정상적인 동작을 수행할 수 있도록 하게 한다.
이상 본 발명의 일 실시 예를 첨부한 도면을 참고로 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
100 : 케이스 101 : 내화단열재
102 : ESS 배터리랙 200 : 전면부 도어
210 : 냉기유입구 220 : 유입구 덮개
221 : 제1 회동축 지지구 222 : 제1 회동축
223 : 제1 모터 224 : 유입구 완충패드
300 : 후면부 도어 310 : 통풍구
320 : 환기구 덮개 321 : 제2 회동축 지지구
322 : 제2 회동축 323 : 제2 모터
324 : 통풍구 완충패드 400 : 연기배출구
410 : 연기배출관 500 : 내부 온도센서
510 : 외부 온도센서 600 : 제어부

Claims (4)

  1. 금속 재질로 형성되고 전후면이 개방되며 내부에 수용공간을 가진 케이스(100);
    상기 케이스(100)의 내측에 일정두께로 설치된 내화단열재(101);
    상기 내화단열재(101)의 내부에 복수의 배터리모듈이 상, 하로 이격되어 적층될 수 있는 구조를 이루는 ESS 배터리랙(102);
    금속 재질로 형성되고, 내측에 상기 내화단열재(101)가 설치되며, 하부에 외부의 냉기가 유입하는 냉기유입구(210)가 형성되고, 상기 케이스(100)의 전면부에 힌지결합되어 전면 개방부를 개폐하는 전면부 도어(200);
    상기 냉기유입구(210)에 설치된 유입구 덮개(220);
    금속 재질로 형성되고, 내측에 상기 내화단열재(101)가 설치되며, 상부에 통풍구(310)가 형성되고, 상기 케이스(100)의 후면부에 힌지결합되어 후면 개방부를 개폐하는 후면부 도어(300);
    상기 케이스(100)의 상부 후방에 상기 통풍구(310)의 형상과 대응되도록 형성된 연기배출구(400)와 상기 연기배출구(400)에 연장되어 돌출 형성된 연기배출관(410);
    상기 케이스(100)의 상부 후방 내측에 설치되어 상기 통풍구(310)와 상기 연기배출구(400)를 선택적으로 닫도록 하는 환기구 덮개(320);
    상기 ESS 배터리랙(102)에 적층되는 배터리모듈에 설치된 내부 온도센서(500);
    상기 케이스(100) 외측에 설치된 외부 온도센서(510); 및
    상기 내부 온도센서(500)와 외부 온도센서(510)에서 측정된 온도 데이터에 따라 배터리모듈의 전원을 제어하는 제어부(600)를 포함하고,
    화재 발생 시 상기 유입구 덮개(220)가 상기 냉기유입구(210)를 닫고, 상기 환기구 덮개(320)가 상기 연기배출구(400)는 개방하고 상기 통풍구(310)를 닫도록 구성되고,
    상기 환기구 덮개(320)는
    상기 연기배출구(400)의 내측 후방 양측에 결합된 제2 회동축 지지구(321);
    상기 환기구 덮개(320)의 후단 양측에 돌출 형성되어 상기 제2 회동축 지지구(321)에 삽입되는 한 쌍의 제2 회동축(322);
    상기 제2 회동축(322)의 일측 단부에 결합된고 상기 케이스(100)의 외측에 설치되는 제2 모터(323); 및
    상기 통풍구(310)의 주변에 설치된 통풍구 완충패드;를 포함하여 화재 발생 시 상기 제어부(600)의 신호에 의해 상기 연기배출구(400)가 열리고, 상기 통풍구(310)는 닫히도록 구성된 것을 특징으로 하는 ESS 배터리랙 화재확산방지 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제어부(600)는
    상기 내외부 온도센서(500, 510)가 측정한 온도 데이터를 저장하는 온도 데이터저장부(601);
    상기 내외부 온도센서(500, 510)가 측정한 온도의 임계온도 초과 여부를 판별하는 임계온도 판별부(602);
    상기 임계온도 판별부(602)에 의해 임계온도 초과 여부가 판별될 경우, 상기 온도 데이터저장부(601)의 온도 데이터를 이용하여 단위시간에 대한 온도변화의 기울기값을 계산하는 기울기값 계산부(603);
    상기 기울기값 계산부(603)가 계산한 온도변화 기울기값을 저장하는 기울기값 데이터저장부(604);
    상기 기울기값 데이터저장부(604)의 기울기값 데이터를 이용하여 배터리모듈과 상기 케이스(100) 외측의 온도변화 기울기값의 증감 패턴을 비교분석하는 패턴분석부(605);
    상기 패턴분석부(605)의 비교분석 결과를 토대로 이상징후와 이상징후 발생 위치를 판별하는 이상징후 판별부(606);
    상기 이상징후 판별부(606)의 판별 결과를 토대로 상기 ESS 배터리랙(102)의 전원 차단 여부를 결정하는 전원차단 결정부(607);
    상기 이상징후 판별부(606)에 의해 이상징후가 화재 또는 이에 준하는 위험한 상태로 판별될 경우, 상기 제1, 제2 모터(223, 323)에 신호를 전송하여 상기 유입구 덮개(220)와 환기구 덮개(320)를 구동하는 덮개구동부(608); 및
    상기 임계온도 판별부(602)와 이상징후 판별부(606)에서 측정된 온도가 임계온도 초과와 이상징후로 판별될 경우에 동작되는 경보발생부(609);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 ESS 배터리랙 화재확산방지 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 유입구 덮개(220)는
    상기 냉기유입구(210)의 상부 양측에 결합된 제1 회동축 지지구(221);
    상기 유입구 덮개(220)의 전단 양측에 돌출 형성되어 상기 제1 회동축 지지구(221)에 삽입되는 한 쌍의 제1 회동축(222);
    상기 제1 회동축(222)의 일측 단부에 결합되고 상기 전면부 도어(200)의 외측에 설치되는 제1 모터(223); 및
    상기 냉기유입구(210)의 주변에 설치된 유입구 완충패드(224);를 포함하여 화재 발생 시 상기 제어부(600)의 신호에 의해 상기 냉기유입구(210)가 닫히도록 구성된 것을 특징으로 하는 ESS 배터리랙 화재확산방지 장치.
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