KR102254734B1 - 음향을 이용한 ess 배터리의 화재 조기 감지 장치 및 방법 - Google Patents

음향을 이용한 ess 배터리의 화재 조기 감지 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 음향을 이용한 ESS 배터리의 화재 조기 감지 장치에 관한 것으로, 상기 ESS 배터리의 배터리 셀에서 발생되는 가스와, 상기 가스 발생시에 발생되는 음향과, 상기 배터리 셀의 화재 발생시 발생되는 광과 온도 변화를 센싱하여 아날로그 센싱신호를 출력하는 센서부; 상기 센서부에서 출력하는 가스, 음향, 광 및 온도 변화를 센싱한 아날로그 센싱 신호들을 각각 설정된 필터링 파라미터에 따라 필터링하여 출력되는 필터링 정보들을 이용하여 상기 배터리의 화재 발생단계를 판단하고, 판단 결과에 따른 화재 판단 정보를 출력하는 분석부; 및 상기 센서부 및 필터링부의 동작 제어를 위한 운전화면을 제공하고, 상기 운전화면을 통해 입력되는 필터링 파라미터 정보를 상기 분석부로 제공하기 위한 사용자 인터페이스(UI; User Interface)를 포함하는 것을 특징으로 하는 특징으로 한다.

Description

음향을 이용한 ESS 배터리의 화재 조기 감지 장치 및 방법{Early fire detection and method of Eneray Storage Sysstem battery using sound}
본 발명은 음향을 이용한 ESS(Energy Storage System) 배터리의 화재 조기 감지 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 ESS 배터리의 화재 발생시 가장 먼저 반응하는 음향 센서를 이용하여 화재 발생을 조기에 판단하고, 그에 따른 신속한 대응이 가능하게 하는 음향을 이용한 ESS 배터리의 화재 조기 감지 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 에너지 저장 시스템(Energy Storage System; ESS)은 발전소에서 과잉 생산된 전력을 저장해 두었다가 일시적으로 전력이 부족할 때 송전해 주는 저장장치를 말하며, 최근 들어서 대규모 ESS 장치를 소형으로 구성하여 빌딩, 공장, 가정 등의 일반 수용가에서 정전 대비용 또는 피크 전력 감축용으로 사용하는 경우가 늘고 있다.
한편, 2019년 9월 이후 전국 1500 여개의 ESS 중에서 28개소에서 화재가 발생했다. 이러한 화재의 대부분은 배터리에서 발생하고 있기 때문에, 배터리에서 발생하는 화재를 신속하게 감지하고, 이에 대한 대응을 조기에 할 수 있도록 하는 것의 중요성이 커지고 있다.
한국 공개특허 제 10-2010-0082474호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 음향 센서를 이용하여 ESS의 배터리에서 발생하는 화재를 조기에 감지하여 조기에 화재에 대응할 수 있도록 하는 음향을 이용한 ESS 배터리 화재 조기 감지 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, ESS 배터리의 배터리 셀에서 발생되는 가스와, 상기 가스 발생시에 발생되는 음향과, 상기 배터리 셀의 화재 발생시 발생되는 광과 온도 변화를 센싱하여 아날로그 센싱신호를 출력하는 센서부; 상기 센서부에서 출력하는 가스, 음향, 광 및 온도 변화를 센싱한 아날로그 센싱 신호들을 각각 설정된 필터링 파라미터에 따라 필터링하여 출력되는 필터링 정보들을 이용하여 상기 배터리의 화재 발생단계를 판단하고, 판단 결과에 따른 화재 판단 정보를 출력하는 분석부; 및 상기 센서부 및 필터링부의 동작 제어를 위한 운전화면을 제공하고, 상기 운전화면을 통해 입력되는 필터링 파라미터 정보를 상기 분석부로 제공하기 위한 사용자 인터페이스(UI; User Interface)를 포함하는 ESS 배터리의 화재 조기 감지 장치가 제공된다.
상기 센서부 및 분석부의 동작을 위한 정보 저장을 위한 메모리; 및 별도의 전원저장을 위한 배터리 장치를 포함하고, 상기 화재 조기 감지 장치의 동작 전원을 제공하기 위한 전원공급 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 센서부는, 상기 배터리 셀에서 발생되는 가스를 감지하는 가스 센서; 상기 발생된 가스가 상기 배터리 셀에서 빠져나올 때 발생되는 소리를 감지하는 음향 센서; 상기 배터리 셀에 발생된 화재로 인한 빛을 감지하는 광 센서; 및 상기 배터리 셀의 내부 온도 변화를 감지하는 온도 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 센서부는, 상기 가스 센서, 음향 센서, 광센서 및 온도 센서는 각각의 감지 결과에 따른 아날로그 센싱 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
상기 분석부는, 상기 센서부로부터 입력되는 가스, 음향, 광 및 온도 변화 감지에 따라 출력되는 아날로그 센싱 신호들에 대해 각각 필터링을 실시하여 결과에 따라 각각 제 1 내지 제 4 필터링 정보를 출력하기 위한 제 1 내지 제 4 필터링부; 및 상기 제 1 내지 제 4 필터링부에서 출력하는 상기 제 1 내지 제 4 필터링 정보를 이용하여 화재가 발생되는 단계를 판단하는 화재 단계 판단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 내지 제 4 필터링부는, 각각으로 입력되는 상기 아날로그 센싱 신호를 디지털 센싱 신호로 변환하는 A/D 컨버터; 상기 디지털 센싱 신호를 미리 설정된 필터링 파라미터에 따라 필터링하고, 결과에 따라 각각 제 1, 제 2, 제 3 또는 제 4 필터링 정보 중 하나와 경보신호를 출력하는 필터 및 상기 필터의 경보신호에 따라 동작하는 경보장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 미리 설정된 필터링 파라미터는, 상기 가스 센서에서 출력되는 아날로그 센싱 신호를 디지털로 변환한 디지털 센싱 신호의 필터링을 위한 가스 필터링 파라미터; 상기 음향 센서에서 출력되는 아날로그 센싱 신호를 디지털로 변환한 디지털 센싱 신호의 필터링을 위한 음향 필터링 파라미터; 상기 광 센서에서 출력되는 아날로그 센싱 신호를 디지털로 변환한 디지털 센싱 신호의 필터링을 위한 광 필터링 파라미터; 및 상기 온도 센서에서 출력되는 아날로그 센싱 신호를 디지털로 변환한 디지털 센싱 신호의 필터링을 위한 온도 필터링 파라미터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 음향 필터링 파라미터는, 상기 배터리 셀에서 발생되는 가스량에 따라 달라지는 복수개의 음향 필터링 파라미터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 화재 단계 판단부는, 상기 복수개의 음향 필터링 파라미터를 이용한 필터링 정보에 따라, 상기 배터리 셀의 가스량에 따른 화재 발생 단계를 판단할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 복수의 배터리 셀들과 모듈을 포함한 트레이들을 포함하는 배터리 랙; 상기 배터리 랙에 연결되어 상기 배터리 셀의 화재 감지를 위한 가스, 음향, 광 및 온도를 센싱하고, 결과에 따른 화재 발생 단계를 판단하여 화재 판단 정보를 제공하는 화재 조기 감지 장치 및 상기 배터리 랙의 동작을 제어하고, 상기 화재 조기 감지 장치로부터 제공되는 화재 판단 정보를 이용하여 상기 배터리 랙에 발생된 화재에 대한 대응조치를 실시하는 운영시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 화재 조기 감지장치를 포함하는 에너지 저장 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명의 예시적인 실시 예에 따르면, 복수의 배터리 셀들과 모듈을 포함한 트레이들을 각각 포함하는 복수의 배터리 랙; 상기 복수의 배터리 셀들 또는 모듈에 각각 연결되고, 상기 연결된 배터리 셀 또는 모듈의 화재 감지를 위한 가스, 음향, 광 및 온도를 센싱하고, 결과에 따른 화재 발생 단계를 판단하여 화재 판단 정보와, 상기 연결된 배터리 셀 또는 모듈의 위치정보를 제공하는 화재 조기 감지 장치 및 상기 배터리 랙의 동작을 제어하고, 상기 화재 조기 감지 장치로부터 제공되는 화재 판단 정보와 위치정보를 이용하여 상기 배터리 셀 또는 모듈의 위치를 파악하고, 파악된 배터리 셀 또는 모듈에 발생된 화재에 대한 대응조치를 실시하는 운영시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 화재 조기 감지장치를 포함하는 에너지 저장 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명의 예시적인 실시예에 따르면, 복수의 배터리 셀들과 모듈을 포함한 트레이들을 각각 포함하는 복수의 배터리 랙; 상기 복수의 배터리 랙들 각각에 연결되고, 상기 연결된 배터리 랙 내의 배터리 셀의 화재 감지를 위한 가스, 음향, 광 및 온도를 센싱하고, 결과에 따른 화재 발생 단계를 판단하여 화재 판단 정보와, 상기 연결된 배터리 랙의 위치정보를 제공하는 화재 조기 감지 장치 및 상기 배터리 랙의 동작을 제어하고, 상기 화재 조기 감지 장치로부터 제공되는 화재 판단 정보와 위치정보를 이용하여 상기 배터리 랙의 위치를 파악하고, 파악된 배터리 랙에 발생된 화재에 대한 대응조치를 실시하는 운영시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 화재 조기 감지장치를 포함하는 에너지 저장 시스템을 제공한다.
그리고 본 발명의 또 다른 예시적인 실시예에 따르면, 배터리의 배터리 셀에서 발생되는 가스와, 상기 발생된 가스가 상기 배터리 셀에서 새는 소리와, 상기 배터리 셀에 발생되는 화재에 따른 빛과 온도 변화를 센싱하고 각각의 센싱 결과에 센싱 신호를 출력하는 센싱 단계; 상기 센싱 신호들을 분석하여, 화재 발생 단계를 판단하는 판단 단계; 및 판단된 화재 발생 단계에 따른 동작을 실시하는 대응단계를 포함하는 음향을 이용한 ESS 배터리의 화재 조기 감지 방법을 제공한다.
상기 센싱 단계에 있어서, 상기 배터리 셀에서 발생된 가스가 상기 배터리 셀로부터 빠져나올 때 발생하는 소리를 센싱하여 제 1 센싱 신호를 출력하는 단계; 상기 배터리 셀로부터 발생된 가스를 센싱하여 제 2 센싱 신호를 출력하는 단계; 상기 배터리 셀에 발생된 화재로 인한 빛을 센싱하여 제 3 센싱 신호를 출력하는 단계; 및 상기 배터리 셀에서 발생된 화재로 인해 변경되는 온도 변화를 센싱하여 제 4 센싱 신호를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 판단 단계는, 상기 제 1 내지 제 4 센싱 신호를 이용하여, 화재 발생의 단계를 판단하고, 판단 결과에 따른 화재 판단 정보를 출력하는 것을 특징으로 한다.
트리거 모드에 있어서, 유효한 신호가 입력되는 동안, 설정된 트리거 신호에 의해 상기 제 1 내지 제4 센싱신호를 출력하는 단계; 및 상기 제 1 내지 제 4 센싱신호를 이용하여 화재 발생의 단계를 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 화재 판단 정보에 따른 화재 대응 동작을 실시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 센싱 단계에서, 상기 센싱 신호와 동시에 상기 배터리 셀의 위치 정보를 출력하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 센싱 신호를 출력하는 단계에서, 상기 배터리 셀로부터 빠져나올 때 발생하는 소리의 크기에 따라 서로 다른 제 1 센싱 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, ESS의 배터리의 화재를 온도나, 연기 감지를 통해 발견하는 것 뿐아니라, 화재의 초기에 발생되는 소리를 감지하도록 함으로써, 다양한 요인으로 발생되는 배터리의 화재를 효과적으로 감지하고, 조기에 화재에 발생에 대한 대응이 가능하도록 하는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 화재 조기감지 장치가 구비된 ESS 시스템의 구성을 나타낸다.
도 2는 도 1의 배터리의 일부 구성을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 화재 조기 감지장치를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배터리의 화재 조기 감지 장치의 센서부의 동작을 위한 동작 순서도이다.
도 5는 ESS 배터리의 화재 발생에 대한 대응을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 화재 조기감지 장치가 구비된 ESS 시스템의 구성을 나타낸다.
도 1을 참조하면, ESS 시스템은 배터리(100), PCS(Power Conditioning System)(200)와, PMS(Power Management System)(300)와 수배전반(400), 소화설비(500), 통신부(600) 및 화재조기감지 장치(700)를 포함한다.
상기 배터리(100)는 일반적으로 리튬이온 배터리들이 많이 사용되고 있다. 그리고 PCS(200), PMS(300) 및 수배전반(400)은 상기 배터리(100)를 이용한 ESS 시스템의 운영을 제어하기 위한 운영시스템으로 상세한 설명은 생략한다. 상기 PCS(200), PMS(300) 및 수배전반(400)을 이하에서 운영시스템으로 통칭하기로 한다.
그리고 상기 소화설비(500)는 화재 발생시의 대응을 위한 설비들이다. 또한 상기 통신부(600)는 ESS 시스템의 제어를 위한 외부 서버와의 유무선 통신을 담당한다.
그리고 본 발명의 실시예에 따른, 상기 화재 조기 감지 장치(700)는 상기 배터리(100)에 부착되고 화재 감시신호를 상기 운영시스템과 소화설비로 제공하여 화재 발생을 조기에 감지하여 대처할 수 있게 한다.
일반적으로 배터리(100)로 사용되는 리튬이온 배터리를 도 2와 같은 구성을 포함한다.
도 2는 도 1의 배터리(100)의 일부 구성을 나타낸다.
도 2를 참조하면, 배터리(100)는 내부에 복수개의 배터리 랙(110)과 BMS(Battery Management System; 120)을 포함한다.
상기 배터리 랙(110)은 배터리 셀과 모듈이 포함되는 트레이(111)들을 포함한다.
BMS(112)는 배터리(100)를 안전하고 효율적으로 운영하기 위해 동작한다. 구체적으로는 배터리 랙(110)의 여러 배터리 셀들 중 몇 개의 온도를 대표적으로 측정하거나, 전극의 온도로 간접측정을 하고 배터리 셀 단독 또는 2~3개의 단위 병렬전압 및 전류 등을 측정하여 동작을 제어한다.
상기 배터리 셀은 충전과 방전을 반복하면서 열화도가 증가하고, 절연이 저하되며, 내부 저장이 증가하는 등의 열화가 각각의 배터리 셀마다 다르게 진행된다.
여러 배터리 셀에 동일한 전압을 인가한다 하여도, 자체의 내부 저항으로 인한 열 발생량이 달라지고, 온도변화가 달라진다.
상기 배터리 셀이 열화되면, 화재가 발생하기 전후에 가스가 발생하며, 가스 발생과 함께 계속하여 온도가 상승하면서 화재가 발생된다.
본 발명의 실시예에 따른 화재 조기 감지 장치(700)는 상기 배터리 셀이 열화된 경우 발생되는 가스와, 상기 가스 발생시에 발생되는 소리, 화재 발생으로 인한 불빛과 온도 증가 등을 감지하고, 감지된 신호에 따라서 화재 감지신호를 출력함으로써 운영시스템이 조기에 화재를 감지하고 대처할 수 있도록 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 화재 조기 감지장치를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 상기 화재 조기 감지장치(700)는 센서부(710), 분석부(720) 및 UI(User Interface; 730)를 포함한다.
상기 센서부(710)는 가스 센서(711), 음향 센서(712), 광 센서(713) 및 온도 센서(714)를 포함한다.
그리고 상기 분석부(720)는 제 1 내지 제 4 필터링부(721 내지 724), 통신장치(725), 메모리 (726), 전원공급 장치(727) 및 화재 단계 판단부(728)를 포함한다.
상기 가스 센서(711)는 도 2에 배터리 랙(110)의 배터리 셀들에서 발생되는 가스를 감지한다.
음향 센서(712)는 배터리 셀에서 발생되는 가스가 빠지는 소리를 감지한다.
광 센서(713)는 배터리 셀에 화재가 발생된 경우의, 화재로 인한 빛을 감지하고, 온도 센서(714)는 배터리 셀 또는 배터리 랙(110) 내부의 온도를 감지한다.
상기 가스 센서(711), 음향 센서(712), 광 센서(713) 및 온도 센서(714)는 각각 감지결과에 따른 아날로그 센싱 신호를 출력한다.
상기 센서부(710)의 아날로그 센싱 신호들은 각각 분석부(720)의 제 1 내지 제 4 필터링부(721 내지 724)로 입력된다.
상기 제 1 내지 제 4 필터링부(721 내지 724)는 상기 가스 센서(711), 음향 센서(712), 광 센서(713) 및 온도 센서(714)로부터 각각 입력되는 아날로그 센싱 신호를 디지털 센싱 신호로 변환하고, 상기 UI(730)에 의해 설정된 필터링 파라미터에 따른 경보신호와 필터링 정보를 출력한다.
이를 위하여 상기 제 1 내지 제 4 필터링부(721 내지 724)는 각각 A/D 컨버터(a)와 필터(b) 및 경보장치(c)를 포함한다.
A/D 컨버터(a)는 각각 연결된 센서들로부터 입력되는 아날로그 센싱 신호를 디지털 센싱 신호로 변환하고, 필터(b)는 UI(730)를 통해 설정된 필터링 파라미터를 이용하여 상기 디지털 센싱 신호가 설정된 파라미터 범위에 속하는지 여부를 판단한다. 상기 필터(b)는 디지털 센싱 신호가 설정된 파라미터 범위를 초과하는 경우 경보장치로 경보신호를 출력하고, 필터링 결과에 따른 필터링 정보를 화재 단계 판단부(728)로 제공한다.
상기 제 1 필터링부(721)는 상기 가스 센서(711)로부터 출력된 아날로그 센싱 신호를 이용하여 가스가 설정된 농도 이상으로 발생되었는지를 판단하기 위한 가스 농도에 대한 필터링 파라미터를 이용한다.
상기 제 2 필터링부(722)는 상기 음향 센서(712)로부터 출력된 아날로그 센싱 신호를 이용하여 상기 배터리 셀에서 가스가 새어나오는 소리가 있는지 여부를 판단하거나 또는 상기 가스가 새어나오는 소리의 크기가 어떻게 되는지를 판단하기 위한 소리에 대한 필터링 파라미터를 이용한다.
제 3 필터링부(723)는 상기 광 센서(713)로부터 출력된 아날로그 센싱 신호를 이용하여 상기 배터리 셀에 화재가 발생되어 불빛이 발생되는지를 판단하기 위한 광 필터링 파라미터를 이용한다.
마지막으로 상기 제 4 필터링부(724)는 상기 온도 센서(714)로부터 출력된 아날로그 센싱 신호를 이용하여 상기 배터리 셀에 발생된 화재로 인한 온도 변화를 감지하기 위한 온도에 대한 필터링 파라미터를 이용한다.
상기 제 2 필터링부(722)가 이용하는 소리에 대한 필터링 파라미터에 있어서, 상기 가스가 새어 나오는 소리의 레벨에 따른 여러 개의 필터링 파라미터들로 데이터베이스화 하여 저장하고, 저장된 필터링 파라미터들을 이용하여, 상기 배터리 셀의 열화 정도를 보다 세밀히 판단할 수 있다.
이에 대해서 보다 상세히 설명하면, 상기 배터리 셀의 열화가 심해질수록 가스가 많이 발생되며, 이에 따라 배터리 셀 내부의 압력이 높아진다.
그리고 상기 배터리 셀 내부의 압력에 따라서, 가스가 새어 나오는 가스 배출량이 달라지고, 상기 가스의 배출량에 따라 소리의 신호정보와 크기도 달라진다. 따라서 가스가 새어나오는 소리의 레벨을 여러 개의 필터링 파라미터들로 저장하면, 상기 음향 센서(712)로부터 출력된 아날로그 센싱 신호와 상기 여러 개의 필터링 파라미터를 비교하는 필터링 결과에 따라 배터리 셀의 열화 정도를 상세히 판단할 수 있다.
이를 위하여, 가스 배출량에 따라 가스가 새어나오는 소리의 레벨을 데이터베이스(Data Base)로서 상기 메모리(726)에 저장한다. 그리고 음향 센서(712)에서 출력된 아날로그 센싱 신호를 상기 제 2 필터링부(722)가 필터링할때, 상기 저장된 데이터 베이스의 필터링 파라미터들을 이용하여 소리의 레벨을 판단하고, 배터리 셀의 열화 정도를 판단하고, 필터링 정보로 출력한다.
상기 경보 장치(c)는 상기 경보신호에 따른 경보를 울리는 장치들이다.
상기 화재 단계 판단부(728)는 상기 필터링 정보를 분석하여, 상기 배터리(100)의 화재 발생 단계를 결정하고 결정된 화재 판단 정보를 운영시스템으로 제공한다.
상기의 화재 판단 정보에 따라 운영시스템은 각 단계별로 정해진 화재방지 또는 대응 조치를 시행한다.
상기 메모리(726)는 기본적인 데이터를 저장하고 있어, 상기 UI(730)가 관리자로부터 별도의 데이터를 입력받지 않아도, 1~2일 정도 센서부(710)와 분석부(720)의 동작을 제어할 수 있게 한다.
상기 메모리(726)에 저장되는 데이터로는 상기 필터(c)가 필터링 수행하기 위한 필터링 파라미터 정보가 저장될 수 있다. 또한 상기 필터(c)의 필터링 정보가 저장될 수 있으며, 상기 저장된 필터링 정보를 이후에 상기 화재 단계 판단부(728)가 분석할 수 있다.
전원공급장치(727)는 자체 배터리를 가지고 있어 센서부(710) 및 분석부(720)에 전원을 제공한다.
상기 화재 조기 감지 장치(700)는 실시간 동작 모드와 외부에서 유효한 신호가 감지되어 이를 트리거할 때만 전후 적정 시간 동안의 신호를 저장하는 트리거 동작 모드를 가진다.
상기 화재 조기 감지 장치(700)는 배터리(100)의 모듈이나 배터리 랙(110)의 전면 또는 후면에 부착할 수 있는 형태로서, 모듈이나 배터리 랙(110)의 외부에 자석이나 볼팅으로 고정한다. 따라서, 기존의 ESS 시스템에 자유롭게 부착하여 화재 조기 감지가 가능하게 적용할 수 있다.
또 다른 실시예로, 상기 화재 조기 감지 장치(700)를 상기 배터리 셀 또는 모듈 각각에 설치하거나, 배터리 랙(111)에 각각 설치하고, 상기 화재단계 판단부(728)가 화재 판단 정보와 함께 연결된 배터리 셀 또는 모듈 또는 배터리 랙의 위치정보를 출력하게 한다.
상기 화재 판단정보와, 배터리 셀 또는 모듈 또는 배터리 랙의 위치정보를 수신하는 운영 시스템에서는 화재 발생이 시작되거나, 또는 화재가 발생된 배터리 셀 또는 모듈 또는 배터리 랙의 위치를 구체적으로 알 수 있다.
상기한 화재 조기 감지 장치(700)의 상세한 동작을 설명하면 다음과 같다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배터리의 화재 조기 감지 장치의 센서부의 동작을 위한 동작 순서도이다. 도 4를 용이하게 설명하기 위하여 상기 도 1의 ESS 배터리에 화재 조기 감지 장치(700)연결된 상태에서 화재 감지 동작을 예를 들어 이하에 설명하기로 한다.
관리자는 화재 조기 감지 장치(700)의 UI(730)에서 제공하는 운전 화면을 통해서 화재 감지 모드를 실시간 모드 또는 트리거 모드를 선택할 수 있다.
트리거 모드로 동작하는 경우에는 화재 감지 동작에 대해서는 다음의 실시간 모드의 동작과 유사하며, 다만 유효한 신호가 입력되고, 미리 설정된 트리거 신호가 감지될 때만 화재 감지 동작을 실시한다.
도 4를 참조하면, UI(730)는 상기 배터리(100)의 화재 감지 모드를 판단하고(S410), 실시간 모드로 동작할지 여부를 확인한다(S420).
관리자가 실시간 동작 모드를 선택 한 경우는, 실시간으로 센서부(710)가 상기 배터리(100)의 상태를 센싱한다.
상기 가스 센서(711), 음향 센서(712), 광 센서(713) 및 온도 센서(714)는 상기 배터리(100)의 상태를 각각 센싱하여 아날로그 센싱 신호를 출력한다(S430).
상기 아날로그 센싱 신호는 제 1 내지 제 4 필터링부(721 내지 724)로 입력되며, 제 1 내지 제 4 필터링부(721 내지 724)의 A/D 컨버터(a)에서 각각 디지털 센싱 신호로 변환되고(S440), 변환된 디지털 센싱 신호는 상기 UI(730)를 통해서 설정된 필터링 파라미터에 따라 각각의 필터(b)에서 필터링된다(S450). 그리고 필터링 결과에 따라 필터링 정보가 출력된다. 출력된 필터링 정보는 상기 화재 판단 단계부(728)로 입력된다.
상기 필터(b)는 상기 디지털 센싱 신호를 필터링한 결과 필터링 파라미터를 초과하면(S460), 상기 필터링 정보를 출력됨과 동시에 경보장치(c)가 울리도록 하는 경보신호 출력한다.
상기 경보신호에 따라 경보장치(c)가 동작한다.
상기한 도 4의 동작을 센서부(710)의 각 센서들을 예를 들어 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 가스 센서(711)는 배터리(100)의 배터리 셀에서 가스가 발생되는지 여부를 센싱한다. 이때 가스 발생 농도에 따른 아날로그 센싱 신호가 출력된다(S430)
상기 음향 센서(712)는 배터리 셀에서 가스가 발생하여 배터리 셀의 외부로 새어 나오는 경우에 발생되는 음향을 센싱하고, 센싱 결과에 따른 아날로그 센싱 신호를 출력한다(S430).
상기 광 센서(713)는 상기 배터리(100)에 화재가 발생한 경우에 나타나는 빛, 즉 광을 센싱하여 아날로그 센싱 신호를 출력한다(S430)
마지막으로 온도 센서(714)는 상기 배터리(100) 내부의 온도 변화를 센싱하여 아날로그 센싱 신호를 출력한다(S430).
상기 디지털 센싱 신호는 제 1 내지 제 4 필터링부(721 내지 724)의 A/D 컨버터(a)로 각각 입력되고, 디지털 센싱 신호로 변환되어 필터(b)로 입력된다.
필터(b)는 UI(730)에서 입력한 필터링 파라미터에 따라 상기 디지털 센싱 신호를 필터링하고 그 결과에 따른 필터링 정보를 출력한다(S490). 이때, 상기 필터링의 결과 디지털 센싱 신호가 설정된 필터링 파라미터를 초과하는 경우(S460)에는 화재가 발생할 수 있는 상태가 되었거나, 화재가 발생되고 있다고 판단하여 경보(c)를 울리게 하는 경보신호를 상기 필터링 정보와 함께 출력한다(S470).
상기의 필터링 정보는 상기 화재 단계 판단부(728)로 입력된다. 상기 단계 판단부(728)는 상기 필터링 정보를 분석하고, 분석결과에 따른 화재의 발생 단계를 판단하여 화재 판단 정보를 출력한다(S480).
이때, 상기 화재 감지 장치(700)가 배터리 셀 또는 모듈 또는 배터리 랙에 각각 설치되어 있는 경우에, 상기 화재 단계 판단부(728)는 화재 판단 정보와 함께 현재 연결되어 있는 배터리 셀 또는 모듈 또는 배터리 랙의 위치정보를 함께 출력한다.
상기 화재 단계 판단부(728)가 상기 필터링 정보를 이용하여 화재 단계를 판단하는 과정에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기 배터리 셀에 화재가 발생되는 과정은 다음과 같다.
상기 배터리 셀이 열화되면서 화재가 발생하기 전에 먼저 내부에서 가스가 발생한다. 이때 발생된 가스가 배터리 셀을 빠져나오면서 나오는 소리를 상기 음향 센서(712)가 감지한다. 이후 계속하여 가스가 발생되면 가스의 농도가 일정 수준 이상으로 높아지고 이를 상기 가스 센서(711)가 감지한다.
일정 수준 이상으로 가스가 발생하고, 발화가 되면 불빛을 상기 광 센서(713)가 감지하게 되고, 계속된 화재로 인해 내부 온도가 올라감에 따라 온도 센서(714)가 상승된 온도를 감지한다.
상기의 순서에 의해서, 배터리 셀의 화재가 진행되기 때문에, 상기 화재 단계 판단부(728)는 제 1 내지 제 4필터링부(721 내지 724)에서 제공되는 필터링 정보를 이용하여 어느 단계의 화재가 발생되는지를 판단하고, 이에 따른 화재 판단 정보를 출력하게 된다.
상기 화재 판단 정보를 이용하여 운영시스템은 상기 배터리(100)에 대한 화재 대응을 실시한다. 상기 화재 단계 판단부(728)가 위치정보를 함께 출력한다면, 운영시스템은 화재가 발생된 배터리 셀 또는 모듈 또는 배터리 랙의 위치를 보다 상세히 파악할 수 있기 때문에, 화재 대응을 더 효과적으로 실시할 수 있다.
도 5는 ESS 배터리의 화재 발생에 대한 대응을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5를 설명하는데 있어서, 상기 도 1의 ESS 시스템의 구성을 참조하기로 한다.
도 5를 참조하면, 상기 도 4에서 설명한 바와 같이, 상기 화재 감지 장치(700)의 분석부(720)가 출력하는 화재 판단 정보를 ESS 시스템의 운영 시스템이 수신하면(S510), 상기 화재 판단 정보에 의해 현재 화재가 발생했는지 여부를 확인하고(S520), 아직 화재가 발생되지 않은 단계라면 배터리(100)의 열화된 배터리 셀을 확인하여 교체하는 등의 화재 방지 동작을 실시한다(S530).
또한, 현재 화재가 발생된 단계라면 소화 설비(600)를 이용하여 상기 배터리(100)에 발생된 화재를 진압하도록 하는 소화동작을 실시하게 한다(S540).
이에 아직 화재가 발생되지 않은 초기 단계에 먼저 화재 발생가능성을 감지할 수 있기 때문에, 조기 대처가 가능하여 화재 방지의 효과가 있다.
본 발명의 실시예에 따른 화재 조기 감지 장치(700)는 상기의 음향 센서(712)를 이용한 음향 감지를 이용하여 기존의 가스 감지, 빛 감지 및 온도 감지보다 더 조기에 화재 발생 가능성을 감지할 수 있고, 이에 따른 적절한 대응이 가능하게 한다.
이상에서 설명한 것은, 본 발명에 따른 음향을 이용한 ESS 배터리 화재 조기 감지 장치 및 방법의 예시적인 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허 청구범위에서 청구하는 바와 같이, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100 : 배터리 랙
200 : PMS
300 : PCS
400 : 수배전반
500 : 화재설비
600 : 통신부
700 : 화재 조기 감지 장치

Claims (12)

  1. 음향을 이용한 ESS 배터리의 화재 조기 감지 장치에 있어서,
    상기 ESS 배터리의 배터리 셀에서 발생되는 가스와, 상기 가스 발생시에 발생되는 음향과, 상기 배터리 셀의 화재 발생시 발생되는 광과 온도 변화를 센싱하여 아날로그 센싱신호를 출력하는 센서부;
    상기 센서부에서 출력하는 가스, 음향, 광 및 온도 변화를 센싱한 아날로그 센싱 신호들을 각각 설정된 필터링 파라미터에 따라 필터링하여 출력되는 필터링 정보들을 이용하여 상기 배터리의 화재 발생단계를 판단하고, 판단 결과에 따른 화재 판단 정보를 출력하는 분석부; 및
    상기 센서부 및 필터링부의 동작 제어를 위한 운전화면을 제공하고, 상기 운전화면을 통해 입력되는 필터링 파라미터 정보를 상기 분석부로 제공하기 위한 사용자 인터페이스(UI; User Interface)를 포함하며,
    상기 센서부는,
    상기 배터리 셀에서 발생되는 가스를 감지하는 가스 센서와, 상기 발생된 가스가 상기 배터리 셀에서 빠져나올 때 발생되는 소리를 감지하는 음향 센서와, 상기 배터리 셀에 발생된 화재로 인한 빛을 감지하는 광 센서; 및 상기 배터리 셀의 내부 온도 변화를 감지하는 온도 센서를 포함하며, 상기 가스 센서, 음향 센서, 광센서 및 온도 센서는 각각의 감지 결과에 따른 아날로그 센싱 신호를 출력하며,
    상기 분석부는,
    상기 센서부로부터 입력되는 가스, 음향, 광 및 온도 변화 감지에 따라 출력되는 아날로그 센싱 신호들에 대해 각각 필터링을 실시하여 결과에 따라 각각 제 1 내지 제 4 필터링 정보를 출력하기 위한 제 1 내지 제 4 필터링부; 및 상기 제 1 내지 제 4 필터링부에서 출력하는 상기 제 1 내지 제 4 필터링 정보를 이용하여 화재가 발생되는 단계를 판단하는 화재 단계 판단부를 포함하며,
    상기 제 1 필터링부는 상기 가스 센서로부터 출력된 아날로그 센싱 신호를 이용하여 가스가 설정된 농도 이상으로 발생되었는지를 판단하기 위한 가스 농도에 대한 필터링 파라미터를 이용하며,
    상기 제 2 필터링부는 상기 음향 센서로부터 출력된 아날로그 센싱 신호를 이용하여 상기 배터리 셀에서 가스가 새어나오는 음향이 있는지 여부를 판단하거나 또는 상기 가스가 새어나오는 음향의 크기를 판단하기 위한 음향에 대한 필터링 파라미터를 이용하며, 상기 제 2 필터링부가 이용하는 음향에 대한 필터링 파라미터는 상기 가스가 새어 나오는 음향의 레벨에 따른 여러 개의 필터링 파라미터들로 데이터베이스화하여 저장하고, 저장된 데이터베이스를 이용하여 상기 배터리 셀의 열화 정도를 판단하는 것을 특징으로 하는 음향을 이용한 ESS 배터리의 화재 조기 감지 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 센서부 및 분석부의 동작을 위한 정보 저장을 위한 메모리; 및
    별도의 전원저장을 위한 배터리 장치를 포함하고, 상기 화재 조기 감지 장치의 동작 전원을 제공하기 위한 전원공급 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음향을 이용한 ESS 배터리의 화재 조기 감지 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 4 필터링부는,
    각각으로 입력되는 상기 아날로그 센싱 신호를 디지털 센싱 신호로 변환하는 A/D 컨버터;
    상기 디지털 센싱 신호를 미리 설정된 필터링 파라미터에 따라 필터링하고, 결과에 따라 각각 제 1, 제 2, 제 3 또는 제 4 필터링 정보 중 하나와 경보신호를 출력하는 필터 및
    상기 필터의 경보신호에 따라 동작하는 경보장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 음향을 이용한 ESS 배터리의 화재 조기 감지 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 미리 설정된 필터링 파라미터는,
    상기 가스 센서에서 출력되는 아날로그 센싱 신호를 디지털로 변환한 디지털 센싱 신호의 필터링을 위한 가스 필터링 파라미터;
    상기 음향 센서에서 출력되는 아날로그 센싱 신호를 디지털로 변환한 디지털 센싱 신호의 필터링을 위한 음향 필터링 파라미터;
    상기 광 센서에서 출력되는 아날로그 센싱 신호를 디지털로 변환한 디지털 센싱 신호의 필터링을 위한 광 필터링 파라미터; 및
    상기 온도 센서에서 출력되는 아날로그 센싱 신호를 디지털로 변환한 디지털 센싱 신호의 필터링을 위한 온도 필터링 파라미터를 포함하는 것을 특징으로 하는 음향을 이용한 ESS 배터리의 화재 조기 감지 장치.
  8. 청구항 1, 청구항 2, 청구항 6 또는 청구항 7 중 어느 한 항에 따른 음향을 이용한 ESS 배터리의 화재 조기 감지 장치를 포함하는 에너지 저장 시스템(ESS; Energy Storage System)에 있어서,
    복수의 배터리 셀들과 모듈을 포함한 트레이들을 포함하는 배터리 랙;
    상기 배터리 랙에 연결되어 상기 배터리 셀의 화재 감지를 위한 가스, 음향, 광 및 온도를 센싱하고, 결과에 따른 화재 발생 단계를 판단하여 화재 판단 정보를 제공하는 청구항 1, 청구항 2, 청구항 6 또는 청구항 7 중 어느 한 항에 따른 화재 조기 감지 장치 및
    상기 배터리 랙의 동작을 제어하고, 상기 화재 조기 감지 장치로부터 제공되는 화재 판단 정보를 이용하여 상기 배터리 랙에 발생된 화재에 대한 대응조치를 실시하는 운영시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리의 화재 조기 감지장치를 포함하는 에너지 저장 시스템.
  9. 청구항 1, 청구항 2, 청구항 6 또는 청구항 7 중 어느 한 항에 따른 음향을 이용한 ESS 배터리의 화재 조기 감지 장치를 이용한 ESS 배터리의 화재 조기 감지 방법에 있어서,
    상기 배터리의 배터리 셀에서 발생되는 가스와, 상기 발생된 가스가 상기 배터리 셀에서 샐때 발생하는 음향과, 상기 배터리 셀에 발생되는 화재에 따른 광과 온도 변화를 센싱하고 각각의 센싱 결과에 센싱 신호를 출력하는 센싱 단계;
    상기 센싱 신호들을 분석하여, 화재 발생 단계를 판단하는 판단 단계; 및
    판단된 화재 발생 단계에 따른 동작을 실시하는 대응단계;를 포함하며,
    상기 센싱 단계는,
    상기 배터리 셀에서 발생된 가스가 상기 배터리 셀로부터 빠져나올 때 발생하는 음향을 센싱하여 제 1 센싱 신호를 출력하는 단계;
    상기 배터리 셀로부터 발생된 가스를 센싱하여 제 2 센싱 신호를 출력하는 단계;
    상기 배터리 셀에 발생된 화재로 인한 광을 센싱하여 제 3 센싱 신호를 출력하는 단계; 및
    상기 배터리 셀에서 발생된 화재로 인해 변경되는 온도 변화를 센싱하여 제 4 센싱 신호를 출력하는 단계를 포함하며,
    상기 화재 발생 단계를 판단하는 판단 단계는,
    음향 센서로부터 출력된 아날로그 센싱 신호를 이용하여 상기 배터리 셀에서 가스가 새어나오는 음향이 있는지 여부를 판단하거나 또는 상기 가스가 새어나오는 음향의 크기를 판단하기 위한 음향에 대한 필터링 파라미터를 이용하며, 상기 음향에 대한 필터링 파라미터는 상기 가스가 새어 나오는 음향의 레벨에 따른 여러 개의 필터링 파라미터들로 데이터베이스화하여 저장하고, 저장된 데이터베이스를 이용하여 상기 배터리 셀의 열화 정도를 판단하는 것을 특징으로 하는 음향을 이용한 ESS 배터리의 화재 조기 감지 방법.
  10. 삭제
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 판단 단계는,
    상기 제 1 내지 제 4 센싱 신호를 이용하여, 화재 발생의 단계를 판단하고, 판단 결과에 따른 화재 판단 정보를 출력하는 것을 특징으로 하는 음향을 이용한 ESS 배터리의 화재 조기 감지 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 ESS 배터리의 화재 조기 감지 방법에서,
    트리거 모드로 동작하는 경우,
    유효한 신호가 입력되는 동안, 설정된 트리거 신호에 의해 상기 제 1 내지 제4 센싱신호를 출력하는 단계; 및
    상기 제 1 내지 제 4 센싱신호를 이용하여 화재 발생의 단계를 판단하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음향을 이용한 배터리의 화재 조기 감지 방법.

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