KR102103163B1

KR102103163B1 - Ess의 화재 발생 차단 시스템

Info

Publication number: KR102103163B1
Application number: KR1020190067287A
Authority: KR
Inventors: 최성웅
Original assignee: 주식회사 이엔테크
Priority date: 2019-06-07
Filing date: 2019-06-07
Publication date: 2020-05-29

Abstract

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, ESS(Energy Storage System)와 같이 에너지 저장을 위해 배터리가 보관되는 구조에서 배터리 저장 공간의 산소 농도를 감소시킬 수 있도록 제어하여 화재의 발생을 원천적으로 차단할 수 있는 ESS의 화재 발생 차단 시스템을 제공하기 위한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 외부와 차단되어 배터리 모듈이 적재되는 배터리 룸이 마련된 컨테이너를 포함하는 ESS(Energy Storage System)에 화재의 발생을 차단하는 시스템을 구성함에 있어서, 상기 배터리 룸의 내외부 간의 유체 유동을 가능하게 하는 에어라인; 및, 상기 배터리 룸의 내부에서 상기 에어라인과 연결되게 설치되어 유입되는 공기로부터 질소를 발생시켜 상기 배터리 룸의 내부에 공급하여 질소 농도를 높여 양압을 유지시킴으로써, 상기 배터리 룸의 산소 농도를 감소시켜 화재의 발생을 차단할 수 있게 하는 질소발생기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

ESS의 화재 발생 차단 시스템{Fire protection system of energy storage system}

본 발명은 ESS(Energy Storage System)와 같이 에너지 저장을 위해 배터리가 보관되는 구조에 적용되어 화재의 발생을 차단시키는 시스템에 관한 것이다.

에너지 저장 장치(ESS, Energy Storage System)는 외부 전력원, 예를 들면, 발전소에서 외부 전력을 공급받아 저장하여, 전력이 필요한 시점에 필요한 곳으로 전송하는 장치를 의미한다. 즉, 에너지 저장 장치는 전력 저장용 배터리를 포함한 대용량 전력 저장 장치로서, 전력을 저장해 필요한 장소와 시간에 사용할 수 있도록 지원하는 장치이다. 이에 따라 현재에는 신재생 에너지(태양광, 풍력에너지 등) 저장용으로 각광받고 있다.

이러한 에너지 저장 장치는 보통 컨테이너 안에 리튬이온 배터리로 구성된 배터리 모듈을 적재하여 구성되며, 배터리 모듈은 다단으로 형성된 배터리 랙에 일정 개수가 서로 전기적으로 연결되어 적재되어 컨테이너 내부의 배터리 저장소에 설치된다. 이와 더불어 에너지 저장 장치에는 전류를 바꾸는 전력변환장치, 에너지관리시스템 등이 유기적으로 결합되어 있으며, 이 중 리튬이온배터리는 에너지를 고밀도로 저장해 내외부 환경에 따라 과열과 화재 및 폭발 위험에 쉽게 노출된다.

따라서 ESS에는 화재 예방 및 화재 발생 시 진화를 위한 시스템이 설치되어 왔다.

그러나 ESS는 지난해 5월부터 화재가 총 22건 발생해, ESS 사업장 1490곳 중 약 35%인 522곳이 가동을 멈췄다. 화재의 원인은 정확히 판단할 수 없으나 관리 시스템과 설치 부실 등 여러 요인들이 작용해서 불이 난 것으로 보이며, 배터리 자체에선 직접적인 결함이 없다고 예측되는 실정이다.

종래의 ESS에 적용되는 화재 예방 또는 진화 시스템은 배터리 저장소의 온도가 상승하거나 화재가 발생되면 전원을 차단하고 화재를 진화시키는 구조로 이루어져, 화재의 발생을 차단할 수 없는 문제점이 있어 보다 화재 발생을 근본적으로 차단시킬 수 있는 기술의 개발이 이루어져야 할 시점이다.

대한민국 공개특허공보 제10-2018-0092521호(공개일자: 2018.08.20) "배터리를 수용하는 구조물을 위한 화재 보호 시스템" 대한민국 등록특허공보 제10-1706717호(등록일자: 2017.02.08) "에너지 저아지스템의 배터리팩 화재예방장치"

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, ESS(Energy Storage System)와 같이 에너지 저장을 위해 배터리가 보관되는 구조에서 배터리 저장 공간의 산소 농도를 감소시킬 수 있도록 제어하여 화재의 발생을 원천적으로 차단할 수 있는 ESS의 화재 발생 차단 시스템을 제공하는 데 목적이 있다.

이와 함께 본 발명의 기타 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 이는 본 발명의 청구범위에 기재된 사항 및 그 실시예의 개시 내용뿐만 아니라, 이들로부터 용이하게 추고할 수 있는 범위 내의 수단 및 조합에 의해 더욱 넓은 범위로 포섭될 것임을 첨언한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 ESS의 화재 발생 차단 시스템은,

외부와 차단되어 배터리 모듈이 적재되는 배터리 룸이 마련된 컨테이너를 포함하는 ESS(Energy Storage System)에 화재의 발생을 차단하는 시스템을 구성함에 있어서, 상기 배터리 룸의 내외부 간의 유체 유동을 가능하게 하는 에어라인; 및, 상기 배터리 룸의 내부에서 상기 에어라인과 연결되게 설치되어 유입되는 공기로부터 질소를 발생시켜 상기 배터리 룸의 내부에 공급하여 질소 농도를 높여 양압을 유지시킴으로써, 상기 배터리 룸의 산소 농도를 감소시켜 화재의 발생을 차단할 수 있게 하는 질소발생기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 에어라인은 상기 질소발생기의 흡기구와 연결되는 흡기관로, 상기 배터리 룸의 외부와 흡기관로를 연결시켜 외부 공기의 유입만을 가능케 하는 외부급기관로, 상기 배터리 룸의 내부와 흡기관로를 연결시켜 내부 공기의 유입만을 가능케 하는 내부급기관로 및, 상기 질소발생기의 배기구와 상기 배터리 룸의 외부를 연결시켜 상기 질소발생기에서 배출되는 가스를 외부로 배출하는 배기관로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이와 함께 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 질소발생기는 상기 배터리 룸 내부에 다수의 개소에 설치되는 산소농도 측정센서의 신호를 수신하여, 상기 배터리 룸 내부의 산소농도 수치에 따라 작동의 유무를 제어할 수 있는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있을 것이다.

ESS에서 배터리 저장 공간에 질소를 공급하여 산소 농도를 저감시킬 수 있도록 제어하여 화재의 발생을 원천적으로 차단할 수 있게 됨으로써, ESS의 안전에 대한의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

이를 통해 화재 발생으로 침체되었던 국내 ESS 사업분야를 활성화시켜 지속적으로 발전시킬 수 있는 초석을 마련할 수 있는 이점이 있다.

이와 함께 본 발명의 다른 효과는 이상에서 설명한 실시예 및 본 발명의 청구범위에 기재된 사항뿐만 아니라, 이들로부터 용이하게 추고할 수 있는 범위 내에서 발생할 수 있는 효과 및 산업 발전에 기여하는 잠정적 장점의 가능성들에 의해 보다 넓은 범위로 포섭될 것임을 첨언한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예를 평면도로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 B-B 단면을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1의 C-C 단면을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에어라인과 질소발생기 간의 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하고자 한다. 설명에 앞서 본 발명의 이점 및 특징 및 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그리고 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것으로 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니며, 이러한 용어 중 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함하는 것이고, 설명 상에 방향을 지칭하는 단어는 설명의 이해를 돕기 위한 것으로 시점에 따라 변경 가능함을 주지하는 바이다.

본 발명은 ESS(Energy Storage System)와 같이 에너지 저장을 위해 배터리가 보관되는 구조에서 배터리 저장 공간에 질소를 공급하여 상대적으로 산소 농도를 감소시킬 수 있도록 제어함으로써 화재의 발생을 원천적으로 차단할 수 있는 ESS의 화재 발생 차단 시스템을 제공하기 위한 것으로, 이를 구현하는 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에서의 ESS는 에너지를 저장하는 구조로 이루어지는 시스템을 통칭하는 것으로, 컨테이너(10)에서 외부와 기밀 가능하게 차단되어 리튬이온 배터리 모듈이 적재되는 배터리 룸(100)이 마련되며, 배터리 룸(100)의 내부에는 냉난방, 환기 및 공기조절을 위한 HVAC 시스템이 설치된다.

그리고 컨테이너(10) 내부에서 배터리 룸(100)에 의해 구획된 공간에는 전력 변환 및 관리를 위한 관련 장치인 PCS(Power Conditioning System) 및 PMS(Power Management System) 등이 설치된다.

이러한 ESS에서 화재를 원천적으로 차단하기 위해 본 발명은 에어라인(200) 및 질소발생기(300)를 포함하여 이루어진다.

에어라인(200)은 배터리 룸(100)의 내외부 간의 공기의 유동을 가능하게 하는 관로를 형성하게 된다.

그리고 질소발생기(300)는 배터리 룸(100)의 내부에서 에어라인(200)과 연결되게 설치되어 유입되는 공기를 컴프레셔 등을 통해 압축하고 분리막(Membrane)을 통해 질소를 분리함으로써 배터리 룸(100)의 내부에 공급되는 질소를 발생시키는 구조이다.

이렇게 질소발생기(300)는 질소를 배터리 룸(100)의 내부로 공급하여 배터리 룸(100) 내부의 질소 농도를 증가시키면서 양압을 지속적으로 유지하게 됨으로써 배터리 룸(100) 내부의 산소 농도를 화재의 발생이 불가한 9% 이하로 감소시켜 화재의 발생을 원천적으로 차단할 수 있다.

자세하게 에어라인(200)은 흡기관로(210), 외부급기관로(220), 내부급기관로(230) 및 배기관로(240)를 포함하여 이루어진다.

흡기관로(210)는 질소발생기(200)의 흡기구와 연결되는 관로이며, 외부급기관로(220) 및 내부급기관로(230)는 각각이 흡기구와 "T" 형상을 이루게끔 연결된다.

이러한 외부급기관로(220)는 배터리 룸(100)의 외부와 흡기관로(210)를 연결시키며, 관로 상에 체크밸브가 마련되어 일방향으로 외부 공기의 유입만을 가능하게 할 수 있다. 그리고 외부급기관로(220) 상에는 공기의 유량을 제어하기 위해 유량밸브가 더 마련될 수 있다.

이와 함께 내부급기관로(230)는 배터리 룸(100)의 내부와 흡기관로(210)를 연결시키며, 관로 상에 체크밸브가 마련되어 일방향으로 내부 공기의 유입만을 가능하게 할 수 있다.

아울러 배기관로(240)는 질소발생기(300)의 배기구와 배터리 룸(100)의 외부를 연결시켜 질소발생기(300)에서 배출되는 가스를 배터리 룸(100)의 외부로 배출할 수 있게 한다.

이와 같은 에어라인(200) 및 질소발생기(300)의 결합관계에 의해 배터리 룸(100)의 내부 공기와 외부 공기를 내부급기관로(230)와 외부급기관로(220)를 통해 질소발생기(300)로 인입시키고, 질소발생기(300)에서 질소와 분리된 산소 및 수소 등의 잔존가스를 배기관로(240)를 통해 배터리 룸(100)의 외부로 배출함으로써, 배터리 룸(100) 내부의 질소 농도를 증가시킴과 더불어 산소 농도를 감소시켜 최종적으로는 산소를 대부분 제거하여 화재 발생을 원천 차단시키는 구조를 구현할 수 있게 된다.

여기에서 질소발생기(300)는 배터리 룸(100)의 상부측에 설치되어 산소보다 무거운 질소를 배터리 룸(100)의 하부측으로 공급할 수 있게 하여 산소 농도의 감소를 용이하게 하는 것이 바람직할 수 있다.

이와 함께 질소발생기(300)는 배터리 룸(100) 내부에 다수의 개소에 설치되는 산소농도 측정센서(400)의 신호를 수신하여 배터리 룸(100) 내부의 산소농도 수치(산소농도 9%이하)에 따라 작동의 유무를 자체적으로 제어할 수 있는 기능을 탑재시킬 수도 있다.

마지막으로 본 발명은 배터리 룸(100)의 내부에 유지보수를 위해 담당자가 출입해야 하는 경우, 도어(D)를 통해 출입 가능하며 도어(D)의 잠금장치를 해제하면 질소발생기(300)의 작동이 즉시 멈춰지며, 배터리 룸(100)에서 도어(D)의 상부에 설치되는 팬(500)이 작동하여 외기를 공급함으로써 배터리 룸(100)의 내부에 산소 농도를 증가시키게 되면, 내부 진입을 알리는 알람이 작동해 담당자가 배터리 룸(100)에 들어갈 수 있게 하는 제어구조를 더 포함하여 이루어질 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 그리고 상술한 바와 같이 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 컨테이너
100: 배터리 룸
200: 에어라인
210: 흡기관로
220: 외부급기관로
230: 내부급기관로
240: 배기관로
300: 질소발생기
400: 산소농도 측정센서
500: 팬
D: 도어

Claims

외부와 차단되어 배터리 모듈이 적재되는 배터리 룸이 마련된 컨테이너를 포함하는 ESS(Energy Storage System)에 화재의 발생을 차단하는 시스템을 구성함에 있어서,
상기 배터리 룸의 내외부 간의 유체 유동을 가능하게 하는 에어라인; 및,
상기 배터리 룸의 내부에서 상기 에어라인과 연결되게 설치되어 유입되는 공기로부터 질소를 발생시켜 상기 배터리 룸의 내부에 공급하여 질소 농도를 높여 양압을 유지시킴으로써, 상기 배터리 룸의 산소 농도를 감소시켜 화재의 발생을 차단할 수 있게 하는 질소발생기;를 포함하되,
상기 에어라인은,
상기 질소발생기의 흡기구와 연결되는 흡기관로,
상기 배터리 룸의 외부와 흡기관로를 연결시켜 외부 공기의 유입만을 가능케 하는 외부급기관로,
상기 배터리 룸의 내부와 흡기관로를 연결시켜 내부 공기의 유입만을 가능케 하는 내부급기관로 및,
상기 질소발생기의 배기구와 상기 배터리 룸의 외부를 연결시켜 상기 질소발생기에서 배출되는 가스를 외부로 배출하는 배기관로를 포함하고,
상기 질소발생기는,
상기 배터리 룸 상부측에 설치되어 발생된 질소를 배터리 룸 하부측으로 공급한 다음, 상기 내부급기관로 및 흡기관로를 통하여 유입되도록 하여 배터리 룸 내부의 질소 농도를 높이도록 하고, 상기 배터리 룸 내부에 다수의 개소에 설치되는 산소농도 측정센서의 신호를 수신하여, 상기 배터리 룸 내부의 산소농도 수치에 따라 작동의 유무를 제어하되,
상기 배터리 룸 도어(D)의 잠금장치를 해제하면 작동이 멈춰지고, 즉시 외기가 공급되어 배터리 룸의 내부에 산소 농도가 증가되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 ESS의 화재 발생 차단 시스템.
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