KR102333679B1 - 에너지 저장 시스템의 안전 관리 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에너지 저장 시스템의 안전 관리 시스템에 관한 것으로, 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부의 내부 환경을 제어하여 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부 폭발을 방지하도록 구현함으로써 화재 발생을 미연에 자동으로 방지할 수 있도록 한 것이다.

Description

에너지 저장 시스템의 안전 관리 시스템{Safety management system for Energy Storage System}
본 발명은 에너지 수요가 적을 때 에너지를 미리 저장해 두었다가 에너지 수요가 많을 때 저장된 에너지를 사용하는 에너지 저장 시스템(ESS : Energy Storage System)에 관련한 것으로, 특히 에너지 저장 시스템의 안전 관리 시스템에 관한 것이다.
에너지 저장 시스템(ESS : Energy Storage System)은 에너지 수요가 적을 때 에너지를 미리 저장해 두었다가 에너지 수요가 많을 때 저장된 에너지를 사용함으로써 효율적인 에너지 소비와 동시에 에너지 비용을 절감할 수 있는 시스템으로, 에너지 저장방식에 따라 크게 물리적 에너지 저장 방식, 화학적 에너지 저장 방식, 전자기적 에너지 저장 방식 등으로 구분할 수 있다.
대표적인 물리적 에너지 저장 방식으로는 양수 발전 시스템(PHS : Pumped Hydro Storage System)과, 압축공기 저장 시스템(CAES : Compressed Air Energy Storage System), 플라이휠 시스템(FESS : Flywheel Energy Storage System) 등이 있다.
한편, 화학적 에너지 저장 방식으로는 리튬이온 배터리(LIB : Lithium Ion Battery), 플로우 배터리(RFB : Redox Flow Battery), 나트륨황 배터리(NaS Battery), 납축전지(Lead Acid Battery) 등이 있다
한편, 전자기적 에너지 저장 방식으로는 슈퍼 캐패시터(Super/Ultra Capacitor), 초전도 자기에너지(Super Conducting Magnetic Energy Storage) 등이 있다.
특히, 배터리 형식의 에너지 저장 시스템(ESS)을 BESS(Battery Energy Storage System)라고 하며, 흔히 에너지 저장 시스템(ESS)이라고 하면 BESS를 말한다.
에너지 저장 시스템(ESS)의 배터리 셀 내부의 발열과 열축적에 의해 열폭주 현상이 초래되며, 이러한 열폭주 현상이 심할 경우 화재가 발생하거나 폭발하여 에너지 저장 시스템(ESS)의 파괴될 수 있다.
대한민국 등록특허 제10-2050803호(2019.11.26)에서 에너지 저장장치(ESS) 화재 감지 및 확산 방지용 자동소화시스템을 제안하고 있다. 이 기술은 에너지 저장장치(ESS) 화재 발생시 분말소화기를 통해 소화분말을 분사하여 화재를 자동 진압한다.
구체적으로, 에너지 저장 시스템의 내부의 연기를 감지하는 연기감지모듈과, 에너지 저장 시스템의 온도변화를 측정하는 적외선카메라모듈을 이용해 화재를 모니터링하여 화재발생시 분말소화기를 통해 소화분말을 분사하여 화재를 진압함으로써 화재 확산을 방지한다.
그러나, 이 기술은 화재 발생후의 사후 처리 기능인 자동 소화 기능만 구비하고 있을 뿐, 화재 발생을 미연에 자동으로 방지하는 화재 방지 기능은 구비하지 않다.
따라서, 본 발명자는 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부의 내부 환경을 제어하여 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부 폭발을 방지함으로써 화재 발생을 미연에 자동으로 방지할 수 있는 기술에 대한 연구를 하였다.
대한민국 등록특허 제10-2050803호(2019.11.26)
본 발명은 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부의 내부 환경을 제어하여 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부 폭발을 방지할 수 있는 에너지 저장 시스템의 안전 관리 시스템을 제공함을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따르면, 에너지 저장 시스템의 안전 관리 시스템이 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부로 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급부와; 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부와 외부 간의 차압을 검출하는 차압 센서와; 에너지 저장 시스템의 안전 관리 시스템의 전반을 제어하는 제어부를 포함하되, 제어부가 차압 센서에 의해 검출되는 차압에 따라, 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부의 압력이 외부 압력에 비해 양압(Positive Pressure)을 유지하도록 불활성 가스 공급부의 불활성 가스 공급을 능동적으로 제어하여 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부 폭발을 방지하는 내부 환경 제어부를 포함한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 에너지 저장 시스템의 안전 관리 시스템이 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부에 마운트(Mount) 되는 배터리 랙들에 착탈되는 배터리 셀들 각각의 온도를 검출하는 다수의 온도 센서를 더 포함한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 내부 환경 제어부가 적어도 하나의 온도 센서에 의해 검출된 온도가 제1임계치에 도달할 경우, 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부로 고압의 불활성 가스가 공급되도록 불활성 가스 공급부를 제어하여 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부의 불활성 가스 농도를 급격히 증가시켜 배터리 셀의 열폭주에 의해 증가하는 산소 농도를 상쇄시켜 산소 농도를 낮추는 에너지 저장 시스템의 안전 관리 시스템.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 에너지 저장 시스템의 안전 관리 시스템이 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부로 소화제를 공급하는 소화부와; 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부의 가스를 분석하여 위험 상황 발생을 검출하는 가스 분석부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 제어부가 적어도 하나의 온도 센서에 의해 검출된 온도가 제1임계치 보다 높은 제2임계치에 도달하거나 또는 가스 분석부에 의해 위험 상황이 검출된 경우, 화재 발생이라 판단하여 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부로 소화제를 공급하도록 소화부를 제어하여 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부의 화재를 진압하는 소화 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 에너지 저장 시스템의 안전 관리 시스템이 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부의 화재 발생을 경고하는 경고부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 에너지 저장 시스템의 안전 관리 시스템이 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부의 영상을 촬영하는 적어도 하나의 카메라와; 데이터를 무선 송수신하는 무선 통신부를 더 포함하고, 제어부가 무선 통신부를 통해 적어도 하나의 카메라에 의해 촬영되는 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부의 영상 데이터를 포함하는 모니터링 데이터를 무선 네트워크로 무선 송신하고, 무선 네트워크로부터 에너지 저장 시스템(ESS) 비상 제어 데이터를 무선 수신하여 에너지 저장 시스템을 비상 제어하는 감시 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부의 내부 환경을 제어하여 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부 폭발을 방지하도록 구현함으로써 화재 발생을 미연에 자동으로 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 에너지 저장 시스템의 개요도이다.
도 2 는 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템의 안전 관리 시스템의 개요도이다.
도 3 은 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템의 안전 관리 시스템의 일 실시예의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 4 는 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템의 안전 관리 시스템의 불활성 가스 공급부의 일 실시예의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 5 는 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템의 안전 관리 시스템의 소화부의 일 실시예의 구성을 도시한 도면이다.
도 6 은 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템의 안전 관리 시스템의 가스 분석부의 일 실시예의 구성을 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다. 특정 실시예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 기재되어 있으나, 이는 본 발명의 다양한 실시예들을 특정한 형태로 한정하려는 것은 아니다.
본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명 실시예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.
도 1 은 에너지 저장 시스템의 개요도이다. 도 1 에 도시한 바와 같이, 에너지 저장 시스템(ESS : Energy Storage System)(10)은 에너지 관리 시스템(EMS : Energy Management System)(11)과, 전력 변환 시스템(PCS : Power Conversion System)(12)과, 배터리 관리 시스템(BMS : Battery Management System)(13) 및 다수의 배터리 셀(14)들을 포함한다.
에너지 관리 시스템(EMS)(11)은 PMS(Power Management System)라고도 하며, 에너지(전력)를 관리하는 시스템이다. 에너지 저장 시스템(ESS)의 상태를 모니터링하고, 필요에 따라 전력의 충전과 방전 등의 제어와 감시 기능을 담당하고, 배터리 셀(14)들의 전력 변환을 관리하는 역할을 한다.
전력 변환 시스템(PCS)(12)은 배터리 셀(14)들로 저장되거나, 배터리 셀(14)들에 저장된 전력을 변환하는 시스템이다. 전력은 충전용과 방전용의 전기 성질이 서로 다르므로, 전기를 저장할 때는 교류로, 전기를 방출(방전)할 때는 직류로 출력하여야 한다. 따라서, 전력 변환 시스템(PCS)(12)을 통해 교류를 직류로 변환하여 배터리 셀(14)들에 저장하고, 배터리 셀(14)들에 저장된 직류를 교류로 역변환하여 방출한다.
배터리 관리 시스템(BMS)(13)은 전력을 저장하기 위한 중요한 하드웨어적 요소인 배터리 셀(140)들을 제어 및 관리하는 시스템이다. 에너지 수요가 적을 때 전력 변환 시스템(PCS)(12)을 통해 전기 에너지를 교류로 변환하여 배터리 셀(140)들에 저장하도록 제어하고, 에너지 수요가 많을 때 배터리 셀(140)들에 저장된 에너지를 전력 변환 시스템(PCS)(12)으로 방전시킨다.
배터리 셀(14)은 배터리 관리 시스템(BMS)(13)의 제어하에, 에너지 수요가 적을 때 전력 변환 시스템(PCS)(12)에 의해 교류로 변환된 전기 에너지를 저장하고, 에너지 수요가 많을 때 저장된 전기 에너지를 전력 변환 시스템(PCS)(12)으로 방전한다.
이와 같이 구성되는 에너지 저장 시스템(ESS)은 전력계통 내에서 전력 효율을 향상시키고, 공급 안정화와 함께 전력의 품질을 높여주는 역할을 한다. 따라서, 에너지 저장 시스템(ESS) 통해 전력생산을 효율적으로 할 수 있고, 송선전로의 전력품질을 향상시키고, 전력망에 대한 부하감소를 통해 과잉용량 설치 등을 막음으로써 비용을 절감할 수 있다.
또한, 에너지 저장 시스템(ESS)은 전력계통의 발전 및 송배전 계통에서 주파수 안정화(Frequency Stabilization), 신재생 발전기 출력 안정화, 첨두부하 저감(Peak Shaving), 부하평준화(Load Leveling), 비상전원 등의 기능으로 사용될 수 있다.
한편, 배터리 셀은 충전 레벨이 증가함에 따라 위험도도 증가한다. 따라서, 배터리 셀의 안전성을 고려하여 열폭주(Thermal Runaway) 반응이 일어나지 않는 범위의 충전수준을 지켜야 한다.
배터리 셀 내부의 발열과 열축적은 열폭주 현상을 초래할 수 있다. 배터리 셀 온도가 약 120℃까지 상승하면 배터리 셀의 고체 전해질의 상변환(SEI, Solid-Electrolyte Interphase)이 일어난다.
배터리 셀의 온도가 약 130℃에 이르면 배터리 분리막이 녹아 융합되어 전극기능이 상실된다. 배터리 전해질의 음극 산화반응은 130℃ ~ 160℃까지에 이르러 자기발열과 열축적이 발생한다. 이후 온도와 압력이 빠르게 증가하여 열폭주를 초래한다.
배터리 셀의 온도가 180℃ 이상에 이를 때까지 가열속도가 급격히 증가하고, 급격한 온도상승과 가스분출이 일어나 배터리 셀의 온도가 손상 발생 온도인 200℃에 이르면 전극이 분해되어 산소가 방출되어 에너지 저장 시스템(ESS)에 화재나 폭발이 발생하게 된다.
이외에도 과충전, 합선, 전기 화학 반응 등과 같은 다양한 내부 요인이나, 외부 열원 등과 같은 외부 요인에 의해서도 에너지 저장 시스템(ESS)에 화재나 폭발이 발생하게 된다. 따라서, 이러한 에너지 저장 시스템(ESS)의 화재나 폭발을 미연에 방지하는 것이 매우 중요하다.
본 발명은 도 2 에 도시한 바와 같은 에너지 저장 시스템의 안전 관리 시스템을 통해 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부의 내부 환경을 제어하여 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부 폭발을 방지하도록 구현함으로써 화재 발생을 미연에 자동으로 방지할 수 있도록 한다.
도 2 는 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템의 안전 관리 시스템의 개요도이고, 도 3 은 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템의 안전 관리 시스템의 일 실시예의 구성을 도시한 블럭도이다. 도 2 및 도 3 에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템의 안전 관리 시스템(100)은 불활성 가스 공급부(110)와, 차압 센서(120)와, 제어부(130)를 포함한다.
불활성 가스 공급부(110)는 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부로 불활성 가스를 공급한다. 예컨대, 불활성 가스 공급부(110)가 불활성 가스로 질소(Nitrogen)를 발생시켜 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부로 공급하도록 구현될 수 있다.
도 4 는 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템의 안전 관리 시스템의 불활성 가스 공급부의 일 실시예의 구성을 도시한 블럭도이다. 도 4 에 도시한 바와 같이, 불활성 가스 공급부(110)가 공기 압축기(111)와, 공기 제습기(112)와, 질소 발생기(113)와, 질소 저장 탱크(114) 및 공급 조절기(115)를 포함할 수 있다.
공기 압축기(Air Compressor)(111)는 공기를 일정한 압력으로 압축하여 질소발생기(113)가 올바르게 작동할 수 있게 한다. 예컨대, 공기 압축기(111)가 약 10BAR 압력으로 공기를 압축하도록 구현될 수 있다.
공기 제습기(Air Dryer)(112)는 공기 압축기(111)에 의해 압축된 공기중의 습기를 제거하여 질소 발생기(113)로 공급함으로써 질소 발생기(113)의 손상을 막는다.
질소 발생기(Nitrogen Generator)(113)는 공기중의 산소를 제거하여 약 95% 내지 99% 이상의 질소를 생산한다. 질소 발생기(113)는 배터리 셀 설치공간이 작은 경우 즉, 소요 용량이 작은 경우에는 멤브레인형(Membrane Type Nitrogen Generator)을 채용하고, 소요 용량이 큰 경우에는 압력스윙흡착(PSA : Pressure Swing Adsorption)형을 사용할 수 있다.
질소 저장 탱크(Nitrogen Storage Tank)(114)는 생산된 질소를 일정한 압력으로 저장한다. 예컨대, 질소 저장 탱크(114)가 약 8~10BAR 정도의 압력으로 질소를 저장하도록 구현될 수 있다.
공급 조절기(Supply Regulator)(115)는 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부의 산소 농도가 일정한 농도로 유지되도록 질소 저장 탱크(114)에 저장된 질소를 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부로 조절하여 공급한다. 공급 조절기(115)에 의해 공급되는 질소에 의해 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부의 압력이 외부 압력에 비해 양압(Positive Pressure)을 유지하게 된다.
차압 센서(120)는 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부와 외부 간의 차압을 검출한다. 차압 센서(120)는 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부의 산소 농도가 일정한 농도 즉, 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부의 압력이 외부 압력에 비해 특정 양압(Positive Pressure)을 유지(예컨대, △P≥0.025mBAR 또는 2.5Pa)하는지 검출한다.
제어부(130)는 에너지 저장 시스템의 안전 관리 시스템(100)의 전반을 제어하되, 내부 환경 제어부(131)를 포함한다. 내부 환경 제어부(131)는 차압 센서(120)에 의해 검출되는 차압에 따라, 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부의 압력이 외부 압력에 비해 양압(Positive Pressure)을 유지하도록 불활성 가스 공급부(110)의 불활성 가스 공급을 능동적으로 제어하여 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부 폭발을 방지한다.
에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부의 산소 농도가 증가한다는 것은 배터리 셀의 온도가 손상 발생 온도인 200℃에 이르러 전극이 분해되면서 산소가 방출되는 상황이다.
따라서, 제어부(130)가 차압 센서(120)에 의해 검출되는 차압을 통해 산소 농도가 증가하는지 판단하여, 산소 농도가 증가할 경우 불활성 가스 공급부(110)의 불활성 가스 공급을 능동적으로 제어하여 불활성 가스 공급을 늘린다.
에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부에 산소 가스 농도가 높으면 가연성가스 또는 증기와 산소 가스가 화학반응을 일으켜 폭발하거나 화재가 발생하게 된다. 그러나, 불활성 가스는 다른 물질과 화학반응을 일으키기 어려운 가스이므로, 가연성가스 또는 증기와 산소 가스가 화학반응을 일으키는 것을 방해해 폭발이나 화재 발생을 억제시킨다.
이와 같이 구현함에 의해, 본 발명은 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부의 내부 환경을 제어하여 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부 폭발을 방지함으로써 화재 발생을 미연에 자동으로 방지할 수 있다.
한편, 발명의 부가적인 양상에 따르면, 에너지 저장 시스템의 안전 관리 시스템(100)이 다수의 온도 센서(140)를 더 포함할 수 있다. 다수의 온도 센서(140)는 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부에 마운트(Mount) 되는 배터리 랙들에 착탈되는 배터리 셀들 각각에 설치되어, 배터리 셀들 각각의 온도를 검출한다.
이 때, 내부 환경 제어부(131)가 적어도 하나의 온도 센서(140)에 의해 검출된 온도가 제1임계치에 도달할 경우, 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부로 고압의 불활성 가스가 공급되도록 불활성 가스 공급부(110)를 제어하여 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부의 불활성 가스 농도를 급격히 증가시켜 배터리 셀의 열폭주에 의해 증가하는 산소 농도를 상쇄시켜 산소 농도를 낮춘다.
배터리 셀이 열폭주 되어 손상 발생 온도인 200℃에 이르러 전극이 분해되면서 산소가 방출되면 폭발 또는 화재 위험이 높아지므로, 배터리 셀들 각각에 설치되는 온도 센서(140)들 중 적어도 하나에 의해 검출되는 온도가 비상 발생 상황인 제1임계치에 도달하면, 내부 환경 제어부(131)가 불활성 가스 공급부(110)를 제어하여 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부로 고압의 불활성 가스를 공급한다.
그러면, 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부의 불활성 가스 농도가 급격히 증가되어 배터리 셀의 열폭주에 의해 증가하는 산소 농도를 상쇄시켜 산소 농도가 낮아지므로, 산소 가스가 화학반응을 일으키는 것을 방해해 폭발이나 화재 발생이 억제된다.
한편, 발명의 부가적인 양상에 따르면, 에너지 저장 시스템의 안전 관리 시스템(100)이 소화부(150)와, 가스 분석부(160)를 더 포함할 수 있다.
소화부(150)는 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부로 소화제를 공급한다. 예컨대, 소화제로 HCFC 계열의 청정소화약제(Clean Extinguishing Agent)중 상온에서 액상이고, 오존 파괴지수도 낮고, 지구온난화지수도 비교적 작지만 소화능력이 매우 우수하고 상온에서 액상이어서 관리가 편리한 HCFC-123을 사용할 수 있다.
도 5 는 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템의 안전 관리 시스템의 소화부의 일 실시예의 구성을 도시한 도면이다. 도 5 에 도시한 바와 같이, 소화부(150)는 소화제를 압축 저장하는 소화제 저장탱크(151)와, 소화제 저장탱크에 압축 저장된 소화제를 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부로 방출하는 방출 밸브(152)를 포함할 수 있다.
예컨대, 소화제 저장탱크(151)에 액상의 소화제를 약 80% 정도 넣고, 그 상부에서 불활성 가스 공급부(110)를 통해 불활성 가스를 넣어 약 10BAR의 압력으로 압축하여 저장할 수 있다.
소화제 방출 때에는 방출신호에 의하여 방출 밸브(152)가 열리면서 소화제 저장탱크(151)에 압축 저장된 소화제가 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부로 방출된다.
이 때, 소화부(150)가 도면에는 도시하지 않았으나, 소화제 수위를 나타내는 사이트글라스(Sight Glass), 압력을 표시하는 압력계 등을 구비하고, 원격 모니터링 및 제어를 위한 소화제 수위 및 압력 트랜스미터가 설치될 수도 있다.
가스 분석부(160)는 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부의 가스를 분석하여 위험 상황 발생을 검출한다. 예컨대, 가스 분석부(160)를 통해 산소농도, 연기, 유독성 가스 등을 실시간으로 검출하도록 구현될 수 있다.
도 6 은 본 발명에 따른 에너지 저장 시스템의 안전 관리 시스템의 가스 분석부의 일 실시예의 구성을 도시한 도면이다. 도 6 에 도시한 바와 같이, 가스 분석부(160)는 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부로부터 흡입되는 공기로부터 연기를 검출하는 연기 검출용 포토커플러(161)와, 산소 농도를 검출하는 산소 농도 검출기(162)와, 유독성 가스를 검출하는 유독성 가스 검출기(163)를 포함할 수 있다.
연기 검출용 포토커플러(161)에 의해 연기가 검출되거나, 산소 농도 검출기(162)에 의해 검출된 산소 농도가 특정 농도 이상이거나, 유독성 가스 검출기(163)에 의해 유독성 가스가 검출되면, 내부 화재가 발생한 위험 상황이므로, 소화부(150)를 통해 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부로 소화제를 공급하여 화재를 진압해야 한다.
이를 위해 제어부(130)가 소화 제어부(132)를 더 포함한다. 소화 제어부(132)는 적어도 하나의 온도 센서(140)에 의해 검출된 온도가 제1임계치 보다 높은 제2임계치에 도달하거나 또는 가스 분석부(160)에 의해 위험 상황이 검출된 경우, 화재 발생이라 판단하여 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부로 소화제를 공급하도록 소화부(150)를 제어하여 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부의 화재를 진압한다.
이와 같이 구현함에 의해 본 발명은 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부에 화재가 발생하더라도, 소화 제어부(132)가 소화부(150)로 소화제 방출신호를 전송하여 소화부(150)를 구동함으로써 자동 소화가 이루어지므로, 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부의 화재를 효율적으로 진압할 수 있다.
한편, 발명의 부가적인 양상에 따르면, 에너지 저장 시스템의 안전 관리 시스템(100)이 경고부(170)를 더 포함할 수 있다. 경고부(170)는 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부의 화재 발생을 경고한다.
이 때, 경고부(170)가 부저 등을 통해 청각적으로 경고하거나, LED 점등을 통해 시각적으로 경고하거나, 네트워크를 통해 상황실의 관리 서버(도면 도시 생략)로 경고 데이터를 전송하여 경고하거나 하는 등의 다양한 경고가 수행되도록 구현될 수 있다.
가스 분석부(160)에 의해 위험 상황이 검출되면, 제어부(130)가 경고부(170)를 통해 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부의 화재 발생을 경고하도록 제어함으로써 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부에 화재가 발생했음을 알린다.
한편, 발명의 부가적인 양상에 따르면, 에너지 저장 시스템의 안전 관리 시스템(100)이 카메라(180)와, 무선 통신부(190)를 더 포함할 수 있다.
카메라(180)는 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부에 적어도 하나 설치되어, 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부의 영상을 촬영한다. 이 때, 카메라(180)가 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부 뿐만 아니라 외부에도 설치되도록 구현될 수도 있다.
무선 통신부(190)는 데이터를 무선 송수신한다. 예컨대, 무선 통신부(190)가 WiFi, 블루투스, LTE 등의 무선 방식으로 관리 서버(도면 도시 생략) 또는 관리자가 소지하는 모바일 단말(도면 도시 생략) 등과 무선 연결되어 관리 서버 또는 관리자가 소지하는 모바일 단말 등과 데이터를 무선 송수신하도록 구현될 수 있다.
한편, 제어부(130)가 감시 제어부(133)를 더 포함할 수 있다. 감시 제어부(133)는 무선 통신부(190)를 통해 적어도 하나의 카메라(180)에 의해 촬영되는 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부의 영상 데이터를 포함하는 모니터링 데이터를 무선 네트워크로 무선 송신하고, 무선 네트워크로부터 에너지 저장 시스템(ESS) 비상 제어 데이터를 무선 수신하여 에너지 저장 시스템을 비상 제어하도록 구현될 수 있다.
이 때, 모니터링 데이터는 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부의 영상 데이터 외에 가스 분석부(160)에 의해 분석되는 가스 분석 데이터, 차압 센서(120)에 의해 검출되는 차압 데이터, 온도 센서(140)에 의해 검출되는 온도 데이터 등을 더 포함할 수 있고, 에너지 저장 시스템(ESS) 비상 제어가 에너지 저장 시스템(ESS) 비상 정지 또는 전원 차단 등일 수 있다.
이와 같이 구현함에 의해 본 발명은 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부 상황을 관리 서버 또는 관리자가 소지하는 모바일 단말 등을 통해 원격에서 모니터링하여 비상 상황 발생시, 에너지 저장 시스템(ESS) 비상 정지 또는 전원 차단 등과 같은 원격 비상 제어를 수행할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부의 내부 환경을 제어하여 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부 폭발을 방지함으로써 화재 발생을 미연에 자동으로 방지할 수 있으므로, 상기에서 제시한 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.
본 명세서 및 도면에 개시된 다양한 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 다양한 실시예들의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
따라서, 본 발명의 다양한 실시예들의 범위는 여기에서 설명된 실시예들 이외에도 본 발명의 다양한 실시예들의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 다양한 실시예들의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 에너지 저장 시스템(ESS : Energy Storage System) 관련 기술분야 및 이의 응용 기술분야에서 산업상으로 이용 가능하다.
10 : 에너지 저장 시스템
11 : 에너지 관리 시스템
12 : 전력 변환 시스템
13 : 배터리 관리 시스템
14 : 배터리 셀
100 : 안전 관리 시스템
110 : 불활성 가스 공급부
111 : 공기 압축기
112 : 공기 제습기
113 : 질소 발생기
114 : 질소 저장 탱크
115 : 공급 조절기
120 : 차압 센서
130 : 제어부
131 : 내부 환경 제어부
132 : 소화 제어부
133 : 감시 제어부
140 : 온도 센서
150 : 소화부
151 : 소화제 저장탱크
152 : 방출 밸브
160 : 가스 분석부
161 : 연기 검출용 포토커플러
162 : 산소 농도 검출기
163 : 유독성 가스 검출기
170 : 경고부
180 : 카메라
190 : 무선 통신부

Claims (7)

  1. 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부로 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급부와;
    에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부와 외부 간의 차압을 검출하는 차압 센서와;
    에너지 저장 시스템의 안전 관리 시스템의 전반을 제어하는 제어부를;
    포함하되,
    제어부가:
    차압 센서에 의해 검출되는 차압에 따라, 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부의 압력이 외부 압력에 비해 양압(Positive Pressure)을 유지하도록 불활성 가스 공급부의 불활성 가스 공급을 능동적으로 제어하여 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부 폭발을 방지하되, 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부의 배터리 셀 온도가 제1임계치에 도달할 경우, 배터리 셀의 열폭주라 판단하여 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부의 불활성 가스 농도를 급격히 증가시키도록 제어하여 배터리 셀의 열폭주에 의해 증가하는 산소 농도를 상쇄시켜 산소 농도를 낮추는 내부 환경 제어부와;
    에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부의 배터리 셀 온도가 제1임계치 보다 높은 제2임계치에 도달하거나, 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부의 가스 분석 결과 위험 상황이 발생한 경우, 화재 발생이라 판단하여 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부로 소화제를 공급하도록 제어하여 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부의 화재를 진압하는 소화 제어부를;
    포함하는 에너지 저장 시스템의 안전 관리 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    에너지 저장 시스템의 안전 관리 시스템이:
    에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부에 마운트(Mount) 되는 배터리 랙들에 착탈되는 배터리 셀들 각각의 온도를 검출하는 다수의 온도 센서를;
    더 포함하는 에너지 저장 시스템의 안전 관리 시스템.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    에너지 저장 시스템의 안전 관리 시스템이:
    에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부로 소화제를 공급하는 소화부와;
    에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부의 가스를 분석하여 위험 상황 발생을 검출하는 가스 분석부를;
    더 포함하는 에너지 저장 시스템의 안전 관리 시스템.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    에너지 저장 시스템의 안전 관리 시스템이:
    에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부의 화재 발생을 경고하는 경고부를;
    더 포함하는 에너지 저장 시스템의 안전 관리 시스템.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항 또는 제 4 항 또는 제 6 항에 있어서,
    에너지 저장 시스템의 안전 관리 시스템이:
    에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부의 영상을 촬영하는 적어도 하나의 카메라와;
    데이터를 무선 송수신하는 무선 통신부를;
    더 포함하고,
    제어부가:
    무선 통신부를 통해 적어도 하나의 카메라에 의해 촬영되는 에너지 저장 시스템(ESS)이 설치된 밀폐된 공간 내부의 영상 데이터를 포함하는 모니터링 데이터를 무선 네트워크로 무선 송신하고, 무선 네트워크로부터 에너지 저장 시스템(ESS) 비상 제어 데이터를 무선 수신하여 에너지 저장 시스템을 비상 제어하는 감시 제어부를;
    더 포함하는 에너지 저장 시스템의 안전 관리 시스템.
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