KR102333913B1 - 에너지 저장 시스템의 폭발 방지 장치 - Google Patents

에너지 저장 시스템의 폭발 방지 장치 Download PDF

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Abstract

에너지 저장 시스템의 폭발 방지장치를 개시한다. 본 발명은 에너지 저장장치의 온도 변화를 감지하여 전원회로를 차단함으로써, 발열로 인한 폭발을 방지할 수 있고, 과열로 인한 차단 동작 후 재사용이 가능하다.

Description

에너지 저장 시스템의 폭발 방지 장치{ENERGY STORAGE SYSTEM EXPLOSION PROOF DEVICE}
본 발명은 에너지 저장 시스템의 폭발 방지 장치에 관한 발명으로서, 더욱 상세하게는 에너지 저장 시스템의 온도 변화를 감지하여 발열로 인한 에너지 저장 시스템 또는 배터리 모듈의 폭발을 방지하는 에너지 저장 시스템의 폭발 방지 장치에 관한 것이다.
산업의 발달과 더불어 전력의 수요가 증대되고 있으며 주야 간, 계절 간, 일별 간의 전력 사용량의 격차가 점차 심화되고 있다.
최근에 이러한 이유로 계통의 잉여 전력을 활용하여 피크 부하를 삭감하기 위한 많은 기술들이 빠르게 개발되고 있다.
이러한 기술들 중에서 대표적인 것이 계통의 잉여 전력을 배터리에 저장하거나 계통의 부족 전력을 배터리에서 공급해주는 에너지 저장 시스템(Energy Storage System, ESS)이다.
또한, 에너지 저장 시스템은 신재생 발전 설비로부터 생산된 전력을 배터리에 충전시켜 필요시 공급할 수 있는 시스템으로서, 피크저감용, 주파수 조정용, 신재생연계용, 비상발전기 대체용 등으로 널리 활용되고 있다.
도 1은 일반적인 에너지 저장 시스템의 구성을 나타낸 예시도로서, 하우징(10)의 내부에 다수의 수납 공간으로 구획된 수납홈(11)이 형성되고, 수납홈(11)에는 배터리 모듈(12)이 설치된다.
이러한, 에너지 저장 시스템은 복수 개의 배터리 모듈로 구비되어 형성되는데, 일반적인 배터리 모듈은 내부에 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)을 구성하여 상기 배터리 모듈의 충/방전을 효율적으로 제어한다.
또한, 충/방전 수행 시 다양한 원인에 의해서 에너지 저장 시스템 내에 과전류가 발생하는데, 이러한 과전류가 배터리 모듈에 흐르면 과열에 의하여 폭발 및 발화와 같은 문제가 발생할 수 있다.
그러므로, 배터리 관리 시스템을 통해 항상 각 배터리 모듈의 전압, 전류, 저항, 온도 등의 여러 상태 값들을 측정하고 모니터링 한다.
또한, 과전류 발생 시 배터리 관리 시스템은 내부에 있는 스위치를 제어하여 과전류로부터 배터리 모듈을 보호하고 과전류가 제거되면 다시 배터리 모듈의 운용이 가능하도록 한다.
그러나, 에너지 저장 시스템은 과열에 의한 설비의 폭발과 화재가 대부분이고, 특히, 과열에 의한 전력 사고는 전력설비를 이루는 전력장비의 모든 형태의 접점, 커넥터, 플러그 및 회전부에서 발생되며, 주요 원인으로는 노후화, 부식, 풀어짐, 과부하 등에 기인한다.
따라서, 과열이 발생될 수 있는 장비에 대한 온도를 지속적으로 감시하여 사고를 사전에 예방하는 것이 매우 중요하다.
그러나, 종래에는 과열이 발생될 수 있는 지점에 대한 직접적인 온도 변화의 감시가 어렵고, 주로 좁은 곳에서 화재가 발생되어 큰 안전사고로 이어질 수 있는 문제점이 있다.
한국 공개특허번호 제10-2018-0103212호(발명의 명칭: ESS 과전류 보호 방법)
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 에너지 저장 시스템의 온도 변화를 감지하여 발열로 인한 에너지 저장 시스템의 폭발을 방지하는 에너지 저장 시스템의 폭발 방지 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예는 에너지 저장 시스템의 폭발 방지장치로서, 배터리 모듈의 외부면에 부착되고, 상기 배터리 모듈로 전원을 공급하는 전원 케이블과 상기 배터리 모듈의 제1 전원 단자부 및 제2 전원 단자부 중 어느 하나의 사이에 전기적으로 연결되며, 상기 배터리 모듈로부터 발생된 열이 전도되어 일정 온도에 도달하면, 고체 상태의 퓨즈부가 용융(溶融)되어 상기 배터리 모듈로 공급되는 전원이 차단되도록 동작하는 폭발 방지모듈을 포함한다.
또한, 상기 실시 예에 따른 폭발 방지모듈은 내부에 수납 공간을 형성한 하우징; 상기 하우징(110)에 설치된 제1 단자부; 상기 제1 단자부와 일정 거리 이격되어 설치된 제2 단자부; 및 상기 제1 단자부와 제2 단자부 사이를 전기적으로 연결하여 통전되도록 하고, 온도가 상승하면 고체 상태의 저융점 부재가 용융되어 상기 제1 및 제2 단자부 사이를 단선시키는 퓨즈부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 실시 예에 따른 폭발 방지모듈은 제1 단자부와 제2 단자부 사이에 설치되어 퓨즈부의 통전 상태 또는 단선 상태를 표시하는 인디케이터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 실시 예에 따른 하우징은 수납 공간에 열전도율이 증가되도록 금속재 또는 금속재를 포함한 페이스트가 추가 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 실시 예에 따른 퓨즈부는 제1 단자부와 제2 단자부 사이에 설치되고, 내부에 중공부를 구비한 몸체부; 및 상기 중공부에 채워져 고체 상태에서, 상기 제1 단자부와 제2 단자부를 전기적으로 연결하는 저융점 부재;를 포함하되, 상기 몸체부는 제1 단자부와 제2 단자부 사이에 일정 각도의 기울기를 갖도록 경사지게 설치되어 상기 저융점 부재가 용융됨에 따라, 상기 몸체부의 일측으로 이동하여 상기 제1 단자부와 제2 단자부 사이가 단선되도록 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명은 에너지 저장 시스템의 온도 변화를 감지하여 전원회로를 차단함으로써, 발열로 인한 에너지 저장 시스템의 폭발을 방지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 과열로 인한 차단 동작 후 폭발 방지 장치의 재사용이 가능한 장점이 있다.
도 1은 일반적인 에너지 저장 시스템의 구성을 나타낸 예시도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 폭발 방지 장치를 나타낸 사시도.
도 3은 도 2의 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 폭발 방지 장치의 구조를 나타낸 단면도.
도 4는 도 2의 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 폭발 방지 장치의 구조를 나타낸 다른 단면도.
도 5는 도 2의 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 폭발 방지 장치의 구성을 나타낸 블록도.
도 6은 도 2의 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 폭발 방지 장치의 사용 상태를 설명하기 위해 나타낸 예시도.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예 및 첨부하는 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하되, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭함을 전제하여 설명하기로 한다.
본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하기에 앞서, 본 발명의 기술적 요지와 직접적 관련이 없는 구성에 대해서는 본 발명의 기술적 요지를 흩뜨리지 않는 범위 내에서 생략하였음에 유의하여야 할 것이다.
또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 발명자가 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 적절한 용어의 개념을 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.
본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다는 표현은 다른 구성요소를 배제하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
또한, "‥부", "‥기", "‥모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 그 둘의 결합으로 구분될 수 있다.
또한, "적어도 하나의" 라는 용어는 단수 및 복수를 포함하는 용어로 정의되고, 적어도 하나의 라는 용어가 존재하지 않더라도 각 구성요소가 단수 또는 복수로 존재할 수 있고, 단수 또는 복수를 의미할 수 있음은 자명하다 할 것이다.
또한, 각 구성요소가 단수 또는 복수로 구비되는 것은, 실시 예에 따라 변경가능하다 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 폭발 방지 장치의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 폭발 방지 장치를 나타낸 사시도이고, 도 3은 도 2의 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 폭발 방지 장치의 구조를 나타낸 단면도이며, 도 4는 도 2의 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 폭발 방지 장치의 구조를 나타낸 다른 단면도이고, 도 5는 도 2의 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 폭발 방지 장치의 구성을 나타낸 블록도이며, 도 6은 도 2의 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 폭발 방지 장치의 사용 상태를 설명하기 위해 나타낸 예시도이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템의 폭발 방지장치는, 배터리 모듈(200)의 외부면에 부착되고, 상기 배터리 모듈(200)로 전원을 공급하는 전원 케이블과 상기 배터리 모듈(200)의 제1 전원 단자부(210) 및 제2 전원 단자부(220) 중 어느 하나의 사이에 전기적으로 연결되는 폭발 방지모듈(100)을 포함하여 구성된다.
상기 폭발 방지모듈(100)은 배터리 모듈(200)로부터 발생된 열이 전도되어 일정 온도에 도달하면, 고체 상태의 퓨즈부(140)가 용융(溶融)되어 상기 배터리 모듈(200)로 공급되는 전원이 차단되도록 동작하고, 하우징(110)과, 제1 단자부(120)와, 제2 단자부(130)와, 퓨즈부(140)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 하우징(110)은 육면체 형상의 부재로서, 내부에 수납 공간(111)을 형성여 제1 단자부(120)와, 제2 단자부(130)와, 퓨즈부(140)가 설치되도록 한다.
또한, 상기 하우징(110)은 열전도도가 높은 알루미늄, 구리, 철 등의 금속재로 구성될 수 있다.
또한, 상기 하우징(110)은 배터리 모듈(200)과 밀착되는 일부 측면만 금속재로 구성될 수도 있다.
또한, 상기 하우징(110)은 수납 공간(111)에 열전도율이 증가되도록 알루미늄, 구리 등의 금속재가 채워질 수도 있고, 상기 알루미늄, 구리 등의 금속재가 포함된 페이스트가 채워져서 배터리 모듈(200)로부터의 열전도율이 향상될 수 있도록 한다.
상기 제1 단자부(120)는 일정 길이를 갖는 막대 형상의 부재로서, 전기전도도가 높은 구리 또는 구리를 포함한 합금 등의 금속재로 구성될 수 있다.
또한, 상기 제1 단자부(120)는 일부가 하우징(110)의 외부로 노출되도록 설치되고, 나머지는 상기 하우징(110)의 내부에 설치된다.
상기 제2 단자부(130)는 제1 단자부(120)와 일정 거리 이격되어 하우징(110)에 설치되고, 일정 길이를 갖는 막대 형상의 부재로서, 전기전도도가 높은 구리 또는 구리를 포함한 합금 등의 금속재로 구성될 수 있다.
또한, 상기 제2 단자부(130)는 일부가 하우징(110)의 외부로 노출되도록 설치되고, 나머지는 상기 하우징(110)의 내부에 설치된다.
상기 퓨즈부(140)는 하우징(110)의 내부에 설치되고, 제1 단자부(120)와 제2 단자부(130) 사이를 전기적으로 연결하여 통전되도록 한다.
또한, 상기 퓨즈부(140)는 하우징(110), 제1 단자부(120) 및 제2 단자부(130) 중 적어도 하나로부터 열이 전도되어 온도가 상승하면 고체 상태의 저융점 부재(142)가 용융되어 상기 제1 및 제2 단자부(120, 130) 사이가 단선되도록 하고, 몸체부(141)와, 저융점 부재(142)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 몸체부(141)는 제1 단자부(120)와 제2 단자부(130) 사이에 설치되고, 내부에 중공부(141')가 설치될 수 있다.
또한, 상기 몸체부(141)는 일측에 제1 개구부(141a)가 설치되어 제1 단자부(120)와 저융점 부재(142)가 전기적으로 접속될 수 있도록 한다.
또한, 상기 몸체부(141)는 타측에 제2 개구부(141b)가 설치되어 제2 단자부(130)와 저융점 부재(142)가 전기적으로 접속될 수 있도록 한다.
또한, 상기 몸체부(141)는 제1 단자부(120)와 제2 단자부(130) 사이에 전기적으로 절연되도록 절연체로 구성될 수 있다.
또한, 상기 몸체부(141)는 제1 단자부(120)와 제2 단자부(130) 사이에 일정 각도의 기울기를 갖도록 경사지게 설치될 수 있다.
즉, 상기 몸체부(141)가 제1 단자부(120)와 제2 단자부(130) 사이에 경사지게 설치됨으로써, 고체 상태의 저융점 부재(142)가 일정 온도, 예를 들면 150도에 도달되어 용융되면, 경사지게 설치된 몸체부(141)의 일측으로 이동하여 상기 제1 단자부(120)와 제2 단자부(130) 사이가 단선되도록 한다.
상기 저융점 부재(142)는 땜납분말에 플럭스를 혼합하여 페이스트상을 갖도록 구성하여 몸체부(141)의 중공부(141')에 채워지고, 상온에서는 고체 상태로서, 제1 단자부(120)와 제2 단자부(130)를 전기적으로 연결한다.
또한, 상기 저융점 부재(142)는 전기전도도가 증가될 수 있도록 알루미늄, 구리 등의 금속재를 포함하여 구성될 수도 있다.
또한, 상기 저융점 부재(142)는 배터리 모듈(200)의 과열 발생으로 전도된 열로 인해 일정 온도, 예를 들면, 150℃에 도달하면 용융되는 저융점을 갖도록 구성되어 제1 단자부(120)와 제2 단자부(130) 사이가 전기적으로 단선되도록 한다.
현재 배터리 모듈(200)의 폭발 확률은 섭씨 200℃에서 급격하게 증가하므로, 배터리 모듈(200)의 온도가 200℃ 보다 낮은 150℃의 온도에 도달하면 저융점 부재(142)가 용융되어 제1 단자부(120)와 제2 단자부(130) 사이가 전기적으로 단선되도록 한다.
또한, 상기 저융점 부재(142)는 중공부(141')의 수용 공간에 예를 들면, 2/3만 충전(充塡)되도록 구성함으로써, 저융점 부재(142)가 용융될 경우 경사지게 설치된 몸체부(141)의 일측으로 이동하여 제1 단자부(120)와 제2 단자부(130) 사이가 전기적으로 단선될 수 있도록 한다.
또한, 상기 저융점 부재(142)는 과열로 인해 용융된 경우 재가열을 통해 액체 상태로 만든 다음, 폭발 방지모듈(100)을 회전 또는 이동시켜 액체 상태의 저융점 부재(142)가 제1 단자부(120)와 제2 단자부(130) 사이가 전기적으로 연결되도록 재구성한 다음 상온에서 경화시킴으로써, 재사용이 가능하다.
또한, 상기 폭발 방지모듈(100)은 제1 단자부(120)와 제2 단자부(130) 사이에 설치되어 퓨즈부(140)의 통전 상태 또는 단선 상태를 표시하는 디스플레이 수단으로 인디케이터(150)를 추가 구성할 수 있다.
상기 인디케이터(150)는 LED 등의 발광소자로 구성될 수 있다.
다음은 본 발명의 일 실시 예에 따른 폭발 방지모듈(100)의 동작과정을 설명한다.
배터리 모듈(200)의 외부면 일측에 폭발 방지모듈(100)을 밀착시켜 고정하고, 제1 단자부(120)는 커넥터부(300)를 통해 배터리 모듈(200)의 제1 전원 단자부(210)에 전기적으로 접속한다.
또한, 폭발 방지모듈(100)의 제2 단자부(130)에는 전원 케이블의 예를 들면, (+) 전원선이 연결되도록 하고, 배터리 모듈(200)의 제2 전원 단자부(220)에는 전원 케이블의 예를 들면, (-) 전원선이 연결되도록 한다.
배터리 모듈(200)이 정상 동작하는 경우 인디케이터(150)는 통전되어 온 됨으로써, 배터리 모듈(200)이 정상 동작 상태임을 표시한다.
이후, 배터리 모듈(200)의 과열이 발생하면, 열전도를 통해 폭발 방지모듈(100)의 온도가 상승하고, 일정 온도에 도달하면 퓨즈부(140)의 저융점 부재(142)가 용융되어 제1 단자부(120)와 제2 단자부(130) 사이가 단선된다.
또한, 인디케이터(150)는 제1 단자부(120)와 제2 단자부(130) 사이의 단선으로 인해 오프 됨으로써, 배터리 모듈(200)이 고장 상태임을 표시한다.
이후, 상기 폭발 방지모듈(100)은 과열로 인해 저융점 부재(142)가 용융된 경우, 배터리 모듈(200)로부터 분리한 다음 폭발 방지모듈(100)을 재가열시켜 상기 저융점 부재(142)를 액체 상태로 만든다.
계속해서, 폭발 방지모듈(100)을 회전 또는 이동시켜 액체 상태의 저융점 부재(142)가 제1 단자부(120)와 제2 단자부(130) 사이가 전기적으로 연결되도록 재구성한 다음 상온에서 경화시킴으로써, 폭발 방지모듈(100)을 재사용할 수 있다.
따라서, 에너지 저장 시스템의 온도 변화를 감지하여 전원회로를 차단함으로써, 발열로 인한 에너지 저장 시스템 또는 배터리 모듈의 폭발을 방지할 수 있고, 과열로 인한 차단 동작 후 폭발 방지 모듈의 재사용이 가능하다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 특허청구범위에 기재된 도면번호는 설명의 명료성과 편의를 위해 기재한 것일 뿐 이에 한정되는 것은 아니며, 실시예를 설명하는 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 상술된 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 해석은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한, 명시적으로 도시되거나 설명되지 아니하였다 하여도 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기재사항으로부터 본 발명에 의한 기술적 사상을 포함하는 다양한 형태의 변형을 할 수 있음은 자명하며, 이는 여전히 본 발명의 권리범위에 속한다.
또한, 첨부하는 도면을 참조하여 설명된 상기의 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 목적으로 기술된 것이며 본 발명의 권리범위는 이러한 실시예에 국한되지 아니한다.
100 : 폭발 방지모듈
110 : 하우징
111 : 수납 공간
120 : 제1 단자부
130 : 제2 단자부
140 : 퓨즈부
141 : 몸체부
141a : 제1 개구부
141b : 제2 개구부
141' : 중공부
142 : 저융점 부재
150 : 인디케이터
200 : 배터리 모듈
210 : 제1 전원 단자부
220 : 제2 전원 단자부
300 : 커넥터부

Claims (5)

  1. 배터리 모듈(200)의 외부면에 부착되고, 상기 배터리 모듈(200)로 전원을 공급하는 전원 케이블과 상기 배터리 모듈(200)의 제1 전원 단자부(210) 및 제2 전원 단자부(220) 중 어느 하나의 사이에 전기적으로 연결되며, 상기 배터리 모듈(200)로부터 발생된 열이 전도되어 일정 온도에 도달하면, 고체 상태의 퓨즈부(140)가 용융(溶融)되어 상기 배터리 모듈(200)로 공급되는 전원이 차단되도록 동작하는 폭발 방지모듈(100)을 포함하고,
    상기 폭발 방지모듈(100)은 내부에 수납 공간(111)을 형성한 하우징(110);
    상기 하우징(110)에 설치된 제1 단자부(120);
    상기 제1 단자부(120)와 일정 거리 이격되어 설치된 제2 단자부(130); 및
    상기 제1 단자부(120)와 제2 단자부(130) 사이를 전기적으로 연결하여 통전되도록 하고, 온도가 상승하면 고체 상태의 저융점 부재(142)가 용융되어 상기 제1 및 제2 단자부(120, 130) 사이를 단선시키는 퓨즈부(140);를 포함하며,
    상기 퓨즈부(140)는 제1 단자부(120)와 제2 단자부(130) 사이에 설치되고, 내부에 중공부(141')를 구비한 몸체부(141); 및
    상기 중공부(141')에 채워져 고체 상태에서, 상기 제1 단자부(120)와 제2 단자부(130)를 전기적으로 연결하는 저융점 부재(142);를 포함하되,
    상기 몸체부(141)는 제1 단자부(120)와 제2 단자부(130) 사이에 일정 각도의 기울기를 갖도록 경사지게 설치되어 상기 저융점 부재(142)가 용융됨에 따라,
    상기 몸체부(141)의 일측으로 이동하여 상기 제1 단자부(120)와 제2 단자부(130) 사이가 단선되도록 이루어진 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템의 폭발 방지장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 폭발 방지모듈(100)은 제1 단자부(120)와 제2 단자부(130) 사이에 설치되어 퓨즈부(140)의 통전 상태 또는 단선 상태를 표시하는 인디케이터(150)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템의 폭발 방지장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 하우징(110)은 수납 공간(111)에 열전도율이 증가되도록 금속재 또는 금속재를 포함한 페이스트가 추가 설치되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 시스템의 폭발 방지장치.
  5. 삭제
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