KR102404476B1 - Bess의 화재 관리 시스템 - Google Patents

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KR102404476B1 KR1020200045948A KR20200045948A KR102404476B1 KR 102404476 B1 KR102404476 B1 KR 102404476B1 KR 1020200045948 A KR1020200045948 A KR 1020200045948A KR 20200045948 A KR20200045948 A KR 20200045948A KR 102404476 B1 KR102404476 B1 KR 102404476B1
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Abstract

본 발명은 제어 장치에서 배터리 저장소 내 모니터링을 통해 생성된 화재 감지용 데이터를 제공받는 단계와, 상기 화재 감지용 데이터를 기반으로 상기 배터리 저장소에서 화재가 감지되는지 판단하는 단계와, 상기 화재가 감지되는 경우 상기 화재 진압 장치를 동작시켜 화재를 진압하는 단계와, 상기 냉각 장치를 동작시켜 상기 배터리 저장소 내 배터리 모듈을 냉각시키는 단계를 포함하는 BESS의 화재 관리 방법에 관한 것이다.

Description

BESS의 화재 관리 시스템{SYSTEM FOR MANAGING A FIRE OF BATTERY ENERGY STORAGE SYSTEM}
본 발명은 BESS의 화재를 관리하기 위한 시스템에 관한 것이다.
Battery Energy Storage System(이하, 'BESS' 라고 함)은 에너지저장장치를 뜻하며, 생산된 전기에너지를 저장했다가 전력이 필요할 때 공급하는 시스템이다.
BESS는 풍력이나 태양광 발전 시스템에서 생산되는 신재생 에너지가 단속적이라는 결함을 보완해주고, 송전 및 배전망의 업그레이드 및 그에 필요한 투자비 지출을 대폭 절감할 수 있으며, 그리드 시스템의 주파수를 안정시켜준다는 이점이 있다. 또한, BESS는 일반 주택 및 상업용 시설의 에너지 비용을 절감해주며, 신재생 에너지 자원에서 전력을 생산할 때 수반되는 제약을 최소화할 수 있다.
이러한 장점으로 인해 BESS의 설치량이 급속히 증가하였지만, BESS에서 발생되는 화재로 인해 상당한 재산피해가 생기고 있다.
BESS에는 통상적으로 리튬이온 배터리가 사용되고 있는데, 리튬이온 배터리의 화재는 일반 화재와는 화재 양상이 다르다.
BESS 화재의 원인은 배터리의 내적 요인 또는 외적 요인에 의해 발생하는 배터리 내부의 발열 반응 때문이다. 즉, 발열 반응에 의해 가연성 가스가 배출되는 환경에서 배터리 내부 온도가 상승함에 따라 발열 반응의 속도가 가속되어 한계점에 도달하면, 에너지 방출이 순간적으로 급격하게 증가하는 열폭주(Thermal runaway) 현상이 발생하며, 이 때 경우에 따라 화재나 폭발을 수반한다.
BESS에는 많은 수의 배터리가 존재하기 때문에 하나의 배터리에서 열폭주가 발생하면, 인접한 배터리에서 연쇄적으로 열폭주가 발생하게 되며, 배출된 가연성 가스로 인해 폭발성 화재로 발전할 수 있다. 따라서, BESS 화재는 일반적인 소화설비 및 소화방법으로 화재를 진압하는 것이 어렵다.
이로 인해, BESS의 화재는 배터리 저장소가 전소될 때까지 화재를 진압할 수 없는 문제점이 있다. 또한, BESS의 화재를 진압하여도, 화재로 인해 가열된 다른 배터리에서 또 다시 열폭주가 발생하여 화재가 재발할 수 있다.
따라서, BESS에서 열폭주가 발생하기 전에 열폭주를 예방할 수 있을 뿐만 아니라 화재를 효과적으로 진압할 수 있는 방법이 절실히 요구되고 있다.
KR 10-1984817 B1
본 발명은 BESS의 화재 진압과 진압 이후에 배터리 저장소의 배터리 모듈을 냉각시킬 수 있는 BESS의 화재 관리 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 BESS에서 배터리의 내적 용인 또는 외적 요인에 의해 열폭주가 발생하기 전에 열폭주 전조 현상을 미리 감지할 수 있는 BESS의 화재 관리 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 배터리 저장소를 냉각시키는 도중에 시스템 내에서 발생되는 화재를 감지하고 진압할 수 있는 BESS의 화재 관리 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명은 소화약제 및 냉각제에 비도전성 물질을 사용하는 BESS의 화재 관리 시스템을 제공한다.
상기한 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위해서, 본 발명의 실시예에 따른 BESS의 화재 관리 방법은 제어 장치에서 배터리 저장소 내 모니터링을 통해 생성된 화재 감지용 데이터를 제공받는 단계와, 상기 화재 감지용 데이터를 기반으로 상기 배터리 저장소에서 화재가 감지되는지 판단하는 단계와, 상기 화재가 감지되는 경우 화재 진압 장치를 동작시켜 화재를 진압하는 단계와, 상기 화재 진압이 완료됨에 따라 냉각 장치를 동작시켜 상기 배터리 저장소 내 배터리 모듈을 냉각시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 화재 감지용 데이터를 제공받는 단계는 상기 배터리 저장소 내 설치된 열 감지 모듈, 불꽃 감지 모듈 및 화재 연기 감지 모듈 중 하나 이상을 통해 생성된 화재 감지용 데이터를 제공받을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 화재를 진압하는 단계는 상기 화재 감지용 데이터를 기반으로 상기 화재 진압 장치의 밸브가 개방되는 정도를 결정하여 상기 화재 진압 장치 내부에 충전된 소화약제가 분사 노즐을 통해 방출되되, 상기 화재 진압 장치의 소화약제로 비도전성 물질을 이용할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 냉각시키는 단계는, 상기 전조 현상 감지용 데이터를 기반으로 상기 냉각 장치의 밸브가 개방되는 정도를 결정하여 상기 냉각 장치 내부에 충전된 냉각제가 분사 노즐을 통해 방출되되, 상기 냉각 장치 내 냉각제로 비도전성 물질을 이용할 수 있다.
상기한 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위해서, 본 발명의 실시예에 따른 BESS의 화재 관리 방법은 제어 장치에서 배터리 저장소 내 모니터링을 통해 생성된 화재 관제용 데이터를 제공받는 단계와, 상기 화재 관제용 데이터를 기반으로 상기 배터리 저장소에서 열폭주 전조 현상 또는 화재가 감지되는지 판단하는 단계와, 상기 열폭주 전조 현상이 감지되는 경우 냉각 장치를 동작시켜 상기 배터리 저장소 내 배터리 모듈을 냉각시키는 단계와, 상기 화재가 감지되는 경우 화재 진압 장치를 동작시켜 상기 배터리 저장소에 대한 화재 진압 동작을 수행함과 더불어 상기 냉각 장치를 동작시켜 상기 배터리 모듈을 냉각시키는 냉각 동작을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 화재 관제용 데이터를 제공받는 단계는 상기 배터리 저장소 내 설치된 열 감지 모듈, 불꽃 감지 모듈 및 화재 연기 감지 모듈 중 적어도 하나 이상과 오프가스 감지 모듈, 전압 감지 모듈 및 온도 감지 모듈 중 적어도 하나 이상을 통해 생성된 화재 관제용 데이터를 제공받을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 전압 감지 모듈 및 온도 감지 모듈은 상기 배터리 모듈의 전압 및 온도를 모니터링하는 BMS와 연동되어 화재 관제용 데이터를 생성할 수 있다.
상기한 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위해서, 본 발명의 실시예에 따른 BESS의 화재 관리 시스템은 배터리 저장소의 모니터링을 통해 화재를 감지하기 위한 화재 감지용 데이터를 생성하는 화재 감지용 데이터 생성부와, 상기 화재를 진압하는 화재 진압 장치와, 상기 배터리 저장소 내 배터리 모듈을 냉각시키는 냉각 장치와, 상기 화재 감지용 데이터를 기반으로 화재 발생이 감지된 경우 상기 화재 진압 장치의 동작을 통해 배터리 저장소 내 화재를 진압하기 위한 동작을 수행함과 더불어 상기 냉각 장치의 동작을 통해 상기 배터리 모듈을 냉각시키는 동작을 수행하는 제어 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 화재 감지용 데이터 생성부는 열 감지 모듈, 불꽃 감지 모듈 및 화재 연기 감지 모듈 중 적어도 하나 이상을 통해 획득한 배터리 저장소 내 열, 불꽃 및 화재 연기 중 적어도 하나 이상의 정보를 이용하여 화재 감지용 데이터를 생성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 냉각 장치는, 내부에 냉각제로 비도전성 물질이 충전된 용기와, 상기 용기의 배출구에 결합되고, 상기 제어 장치의 제어에 따라 동작되는 밸브와, 상기 제어 장치에 의한 밸브의 개방 시 상기 냉각제를 상기 배터리 모듈 쪽으로 분사시키는 분사 노즐을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 화재 진압 장치는, 내부에 소화약제로 비도전성 물질이 충전된 용기와, 상기 용기의 배출구에 결합되고, 상기 제어 장치의 제어에 따라 동작되는 밸브와, 상기 제어 장치에 의한 밸브의 개방 시 상기 소화약제를 배터리 저장소 내부에 분사시키는 분사 노즐을 포함할 수 있다.
상기한 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위해서, 본 발명의 실시예에 따른 BESS의 화재 관리 시스템은 배터리 저장소의 모니터링을 통해 화재를 감지하기 위한 화재 감지용 데이터를 생성하는 화재 감지용 데이터 생성부와, 상기 배터리 저장소에 대한 모니터링을 통해 열폭주 전조 현상을 감지하기 위한 전조 현상 감지용 데이터를 생성하는 전조 현상 감지용 데이터 생성부와, 상기 화재를 진압하는 적어도 하나 이상의 화재 진압 장치와, 상기 배터리 저장소 내 배터리 모듈을 냉각시키는 적어도 하나 이상의 냉각 장치와, 상기 전조 현상 감지용 데이터를 기반으로 열폭주 전조 현상을 감지한 경우, 상기 냉각 장치의 동작을 통해 상기 배터리 모듈을 냉각시키고, 상기 화재 감지용 데이터를 기반으로 화재 발생이 감지된 경우 상기 화재 진압 장치의 동작을 통해 배터리 저장소 내 화재를 진압하기 위한 동작을 수행함과 더불어 상기 냉각 장치의 동작을 통해 상기 배터리 모듈을 냉각시키는 동작을 수행하는 제어 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 전조 현상 감지용 데이터 생성부는 오프가스 감지 모듈, 전압 감지 모듈 및 온도 감지 모듈 중 적어도 하나 이상을 포함하고, 상기 화재 감지용 데이터 생성부는 열 감지 모듈, 불꽃 감지 모듈 및 화재 연기 감지 모듈 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 전압 감지 모듈 및 온도 감지 모듈은, 상기 배터리 모듈의 전압 및 온도를 모니터링하는 BMS와 연동될 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예들에 따르면, 본 발명은 BESS의 화재 진압과 진압 이후에 배터리 저장소를 냉각시키실 수 있는 BESS의 화재 관리 시스템 및 방법을 제공함으로써, 화재 진압 이후에 추가적으로 발생될 수 있는 열폭주 현상에 의한 화재를 막을 수 있다.
또한, 전술한 본 발명의 실시예들에 따르면, 배터리 저장소가 가열되어 열폭주에 의한 화재가 일어나기 전에 발생하는 화재 전조 현상을 감지할 수 있는 BESS의 화재 관리 시스템 및 방법을 제공함으로써, 화재 전조 현상이 감지되었을 때 배터리 저장소를 냉각시켜 BESS의 화재를 예방할 수 있다.
또한, 전술한 본 발명의 실시예들에 따르면, 배터리 저장소를 냉각시키는 도중에 시스템 내에서 발생되는 화재를 감지할 수 있는 BESS의 화재 관리 시스템 및 방법을 제공함으로써, 냉각시키는 도중 발생된 BESS의 화재도 진압할 수 있다.
또한, 전술한 본 발명의 실시예들에 따르면, 소화약제 및 냉각제에 비도전성 물질을 사용하는 BESS의 화재 관리 시스템 및 방법을 제공함으로써, 소화약제 및 냉각제의 방출에 따른 배터리 모듈의 피해를 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 BESS의 화재 관리 시스템의 전체 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 BESS의 화재 관리 시스템에 동작하는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 BESS의 화재 관리 시스템의 전체 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 BESS의 화재 관리 시스템에 동작하는 과정을 도시한 흐름도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 설명에 앞서, 본 발명의 실시예들에 따른 시스템은 BESS를 포함한다. 여기서, BESS는 전력을 저장해 필요할 때 공급하는 전력이용효율을 높여주는 시스템으로, 일반적으로 배터리 저장소, 배터리관리시스템(BMS : Battery Management System, 이하, 'BMS' 라고 함), 에너지관리시스템(EMS : Energy Management System), 전력변환시스템(PCS : Power Conversion System), 전력관리시스템(PMS : Power Management System) 등을 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 BESS의 화재 관리 시스템의 전체 구성을 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, BESS의 화재 관리 시스템은 화재를 감지하여 화재를 진압할 수 있다.
이를 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 BESS의 화재 관리 시스템은 배터리 저장소(100), 화재 감지용 데이터 생성부(150) 및 제어 장치(160) 등을 포함할 수 있다.
배터리 저장소(100)는 복수개의 배터리 모듈(112)로 구성된 랙(Rack, 110), 냉각 장치(120) 및 화재 진압 장치(130)로 구성될 수 있다.
냉각 장치(120)는 내부에 냉각제가 충전된 용기, 용기의 배출구에 결합되는 전자식 밸브 및 전자식 밸브의 개방 시 냉각제를 외부, 즉 배터리 모듈(112)로 분사시키는 분사 노즐을 포함할 수 있다.
또한, 냉각 장치(120)는 냉각제를 소정의 배관을 통해 분사할 수도 있다. 이를 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 냉각 장치(120)의 배관은 일단이 밸브에 연결되고 타단이 분사 노즐과 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 냉각 장치(120)는 소화기일 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
본 발명의 실시예에서, 냉각제는 비도전성 물질(예컨대, Novec1230), 물, 냉매, 침윤제 및 강화액 중에서 적어도 하나일 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
화재 진압 장치(130)는 내부에 소화약제가 충전된 용기, 용기의 배출구에 결합되는 전자식 밸브 및 전자식 밸브의 개방 시 소화약제를 외부, 즉 배터리 저장소(100)에 분사시키는 분사 노즐을 포함할 수 있다.
또한, 화재 진압 장치(130)는 소화약제를 소정의 배관을 통해 분사할 수도 있다. 이를 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 화재 진압 장치(130)의 배관은 일단이 밸브에 연결되고 타단이 분사 노즐과 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 화재 진압 장치(130)는 소화기일 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
본 발명의 실시예에서, 소화약제는 비도전성 물질(예컨대, 할로겐 화합물 소화 약제, 이산화탄소 소화약제, 분말 소화약제 등을 포함함), 물, 포소화약제 등을 들 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
본 발명의 실시예에서, 화재 진압 장치(130)는 제어 장치(160)에서 화재가 감지됨에 따라 제어 장치(160)의 제어에 의해 기 설정된 시간, 예컨대 0.5 내지 1초 이내에 소화약제를 분사하여 화재를 진압할 수 있다. 구체적으로, 화재 진압 장치(130)는 제어 장치(160)의 제어에 따라 기 설정된 압력 이상으로 소화약제를 분사할 수 있도록 설계될 수 있다. 여기에서, 기 설정된 압력은 배터리 저장소(100) 내 배터리 모듈(110)에 소화약제가 침투할 수 있을 정도의 압력일 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 냉각 장치(120) 및 화재 진압 장치(130)가 배터리 저장소(100) 내부에 설치되는 것으로 도면에 도시되었지만, 냉각 장치(120) 및 화재 진압 장치(130)의 일부만, 예컨대 분사 노즐, 밸브 등이 배터리 저장소(100)의 내부에 설치되고 냉각제 및 소화약제가 충전된 용기의 경우 배터리 저장소(100)의 외부에 설치될 수도 있다.
화재 감지용 데이터 생성부(150)는 배터리 저장소(100)에서 발생하는 화재를 감지하기 위한 데이터(이하, '화재 감지용 데이터' 라고 함)를 생성하여 제어 장치(160)에 제공할 수 있다.
이를 위하여, 화재 감지용 데이터 생성부(150)는 열 감지 모듈(152), 불꽃 감지 모듈(154) 및 화재연기 감지 모듈(156) 등을 포함할 수 있다.
열 감지 모듈(152), 불꽃 감지 모듈(154) 및 화재연기 감지 모듈(156)은 배터리 저장소(100) 내부에 설치되어 배터리 저장소(100)에서 화재 시 발생하는 열, 불꽃 및 화재연기를 감지하여 화재 감지용 데이터를 생성한 후 이를 제어 장치(160)에 제공할 수 있다. 즉, 열 감지 모듈(152), 불꽃 감지 모듈(154) 및 화재연기 감지 모듈(156)은 배터리 저장소(100) 내부에 설치된 열 감지 센서, 불꽃 감지 센서 및 화재연기 감지 센서로서, 센싱된 신호를 기반으로 화재 감지용 데이터를 생성한 후 이를 제어 장치(160)에 제공할 수 있다.
제어 장치(160)는 화재 감지용 데이터를 기반으로 화재가 감지되는 경우 화재 진압 장치(130)를 동작시켜 배터리 저장소(100) 내 화재를 진압할 수 있다. 구체적으로, 제어 장치(160)는 화재 감지용 데이터 생성부(150)의 열 감지 모듈(152), 불꽃 감지 모듈(154), 화재연기 감지 모듈(156)로부터 화재 감지용 데이터를 제공받음에 따라 화재 감지용 데이터와 기준 데이터를 비교하여 배터리 저장소(100)에서 화재가 감지되었는지 판단할 수 있다.
또한, 제어 장치(160)는 배터리 저장소(100) 내 화재가 감지되는 경우, 화재 진압 장치(130)의 밸브를 개방시켜 분사 노즐을 통해 소화약제를 배터리 저장소(100) 내부에 분사시킬 수 있다.
또한, 제어 장치(160)는 화재가 감지되는 경우 화재 진압 장치(130)의 동작과 더불어 냉각 장치(120)의 밸브를 열어 냉각 장치(120)를 동작시켜 냉각제를 배터리 모듈(112)에 분사시킬 수 있다. 구체적으로, 제어 장치(160)는 배터리 저장소(100) 내 화재가 감지됨에 따라 화재 진압 장치(130) 및 냉각 장치(120)를 동시에 동작시켜 화재 진압과 더불어 냉각 동작을 동시에 수행할 수 있다.
또한, 제어 장치(160)는 냉각 장치(120)를 동작시킨 이후 배터리 저장소(100) 내 모든 배터리 모듈(112)이 기 설정된 온도 이하로 냉각되는 경우, 냉각 장치(120)의 밸브를 닫아 냉각 장치(120)의 동작을 중지시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에서 기 설정된 온도는 50℃ 내지 60℃일 수 있으나, 이에 한정하지 않는다.
상술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 BESS의 화재 관리 시스템이 동작하는 과정에 대해 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 BESS의 화재 관리 시스템에 동작하는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제어 장치(160)는 화재 감지용 데이터 생성부(150)로부터 화재 감지용 데이터를 수신한다(S200). 이때, 제어 장치(160)는 열 감지 모듈(152), 불꽃 감지 모듈(154) 및 화재연기 감지 모듈(156) 등을 통해 화재 감지용 데이터인 열, 불꽃 및 화재연기 농도 값 중 적어도 하나 이상을 제공받을 수 있다.
그리고 나서, 제어 장치(160)는 화재 감지용 데이터 생성부(150)에서 제공받은 화재 감지용 데이터를 기반으로 배터리 저장소(100)에서 화재 발생이 감지되었는지를 판단한다(S202). 구체적으로, 제어 장치(160)는 배터리 저장소(100)에서 기 설정된 값 이상의 열, 불꽃 또는 화재연기가 감지되는지를 체크하여 화재 발생을 판단할 수 있다.
S202의 판단 결과, 화재 발생이 감지되는 경우 제어 장치(160)는 화재 진압 장치(130)를 배터리 저장소(100) 내부의 화재 진압을 위한 동작을 수행한다(S204). 구체적으로, 제어 장치(160)는 화재 진압 장치(130)의 밸브를 동작시켜 소화약제를 배터리 저장소(100) 내부에 짧은 시간, 예컨대 0.1초∼1초 사이에 분사시켜 화재 진압을 위한 동작을 수행한다.
이와 더불어, 제어 장치(160)는 냉각 장치(120)를 동작시켜 배터리 저장소(100)의 배터리 모듈(112)을 냉각시킨다(S206).
이후, 제어 장치(160)는 배터리 모듈(112)이 냉각되었는지를 판단한다(S208). 구체적으로, 제어 장치(160)는 배터리 저장소(100)에 유무선으로 연결되어 배터리 저장소(100) 내 배터리 모듈(112)의 상태를, 예컨대 온도를 모니터링할 수 있는 BMS(170)에서 제공받은 배터리 모듈(112)의 온도가 기 설정된 값 이하로 떨어졌는지를 체크하여 배터리 모듈(110)의 냉각이 완료되었는지를 판단한다.
S208의 판단 결과, 냉각이 완료된 경우, 제어 장치(160)는 냉각 장치(120)의 동작을 중지시키고(S210), 그렇지 않을 경우 S206으로 진행하여 냉각 장치(120)를 계속해서 동작시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 BESS의 화재 관리 시스템의 전체 구성을 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, BESS의 화재 관리 시스템은 화재 발생이 감지됨에 따라 화재 진압 및 냉각 동작을 수행하여 화재를 진압할 수 있을 뿐만 아니라, 열폭주 전조 현상을 감지하여 배터리 모듈(112)을 냉각시켜 화재 발생을 미연에 방지할 수 있다.
이를 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 BESS의 화재 관리 시스템은 전조 현상 감지용 데이터 생성부(140)를 더 포함할 수 있다.
전조 현상 감지용 데이터 생성부(140)는 배터리 저장소(100) 내 배터리 모듈(112)에서 발생되는 열폭주 전조 현상을 감지하기 위한 데이터(이하, '전조 현상 감지 데이터' 라고 함)를 생성하여 제어 장치(160)에 제공할 수 있다.
이를 위하여, 전조 현상 감지용 데이터 생성부(140)는 오프가스 감지 모듈(142), 전압 감지 모듈(144) 및 온도 감지 모듈(146) 등을 포함할 수 있다.
오프가스 감지 모듈(142)은 배터리 저장소(100) 내부에 설치되어 수소, 산소, 이산화탄소, 일산화탄소, 메탄 및 에틸렌 중 하나 이상을 감지하여 전조 현상 감지용 데이터를 생성한 후 이를 제어 장치(160)에 제공할 수 있다.
전압 감지 모듈(144) 및 온도 감지 모듈(146)은 배터리 저장소(100) 내부 배터리 모듈(112) 각각에 설치되어 배터리 모듈(112)의 전압 및 온도를 감지할 수 있다. 즉, 전압 감지 모듈(144) 및 온도 감지 모듈(146)은 배터리 모듈(112) 각각에 설치되는 센서로서, 센싱된 데이터를 토대로 전조 현상 감지용 데이터를 생성한 후 이를 제어 장치(160)에 제공할 수 있다.
한편, 전압 감지 모듈(144) 및 온도 감지 모듈(146)은 BMS(170)와 연동되어 배터리 저장소(100) 내 배터리 모듈(112)의 전압과 온도를 감지하여 전조 현상 감지용 데이터를 생성한 후 이를 제어 장치(160)에 제공할 수 있다.
BMS(170)는 배터리 저장소(100)에 유무선으로 연결되어 배터리 저장소(100) 내 배터리 모듈(112)의 상태, 예컨대 전압, 온도 및 충전 상태 등을 모니터링할 수 있다. 구체적으로, BMS(170)는 전조 현상 감지용 데이터 생성부(140)와 연동되어 모니터링된 배터리 모듈(110)의 전압 및 온도 상태를 전압 감지 모듈(144) 및 온도 감지 모듈(146)에 제공할 수 있다.
화재 감지용 데이터 생성부(150)는 배터리 저장소(100)에서 발생하는 화재를 감지하기 위한 데이터(이하, '화재 감지용 데이터' 라고 함)를 생성하여 제어 장치(160)에 제공할 수 있다.
제어 장치(160)는 화재 관제용 데이터(즉, 전조 현상 감지용 데이터 및 화재 감지용 데이터를 포함한 데이터)를 기반으로 열폭주 전조 현상 및 화재가 감지되었는지를 판단할 수 있다. 구체적으로, 제어 장치(160)는 전조 현상 감지용 데이터 생성부(140) 및 화재 감지용 데이터 생성부(150)로부터 화재 관제용 데이터를 제공받음에 따라 화재 관제용 데이터와 기준 데이터를 비교하여 배터리 저장소(100)에서 열폭주 전조 현상 및 화재가 감지되었는지를 판단할 수 있다.
또한, 제어 장치(160)는 판단 결과 열폭주 전조 현상이 감지되는 경우 냉각 장치(120)를 동작시켜 배터리 저장소(100) 내 배터리 모듈(112)을 냉각시켜 열폭주 현상을 미연에 방지할 수 있다. 구체적으로, 제어 장치(160)는 배터리 저장소(100) 내 열폭주 전조 현상이 감지되는 경우, 냉각 장치(120)의 밸브를 개방시켜 분사 노즐을 통해 냉각제를 배터리 모듈(112), 즉 열폭주 전조 현상이 감지된 배터리 모듈(112) 쪽으로 분사시킬 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 다른 실시예에 따른 BESS의 화재 관리 시스템이 동작하는 과정에 대해 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 BESS의 화재 관리 시스템에 동작하는 과정을 도시한 흐름도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제어 장치(160)는 전조 현상 감지용 데이터 생성부(140) 및 화재 감지용 데이터 생성부(150)로부터 화재 관제용 데이터를 수신한다(S400). 이때, 제어 장치(160)는 오프가스 감지 모듈(142), 전압 감지 모듈(144), 온도 감지 모듈(146), 열 감지 모듈(152), 불꽃 감지 모듈(154) 및 화재연기 감지 모듈(156) 등을 통해 배터리 모듈(112)의 전압 및 온도, 오프가스 농도 값 등과 같은 전조 현상 감지용 데이터 및 열, 불꽃 및 화재연기 농도 값 등과 같은 화재 감지용 데이터를 제공받을 수 있다.
그리고 나서, 제어 장치(160)는 화재 관제용 데이터를 기반으로 배터리 저장소(100)에서 열폭주 전조 현상이나 화재 발생이 감지되는지를 판단한다(S402). 구체적으로, 제어 장치(160)는 배터리 모듈(112)의 전압 감소 또는 온도가 기 설정된 값 이상으로 상승하거나 배터리 저장소(100)의 오프가스의 농도가 기 설정된 값 이상으로 상승하는지를 체크하여 배터리 모듈(112)에서의 열폭주 전조 현상의 발생을 판단하고, 배터리 저장소(100)에서 열, 불꽃 또는 화재연기가 감지되는지 체크하여 화재 발생을 판단할 수 있다.
전조 현상 발생을 판단하는 단계에 대해 상세하게 설명하면 아래와 같다.
먼저, 제어 장치(160)는 오프가스의 감지 없이 전압 감소 또는 온도의 상승 여부를 1차적으로 체크하여 전압의 급격한 감소 또는 전조 현상 감지용 데이터를 기반으로 기 설정된 값 이상으로 온도가 상승한 배터리 모듈(112)이 존재하는지를 체크하여 전조 현상이 발생된 배터리 모듈(112)의 존재 여부를 판단할 수 있다.
한편, 제어 장치(160)는 배터리 저장소(100) 내 오프가스 감지를 통해 전조 현상 여부를 체크하고, 오프가스가 감지됨에 따라 전조 현상 감지용 데이터를 기반으로 급격한 전압 감소 또는 기 설정된 값 이상으로 온도가 상승한 배터리 모듈(112)이 존재하는지를 체크하여 전조 현상이 발생된 배터리 모듈(112)의 존재 여부를 판단할 수 있다.
S402의 판단 결과, 열폭주 전조 현상의 발생이 감지되는 경우 제어 장치(160)는 배터리 저장소(100) 내 냉각 장치(120)를 동작시켜 배터리 저장소(100) 내 전조 현상이 감지된 배터리 모듈(112)을 냉각시킨다(S404).
냉각 도중, 제어 장치(160)는 화재 관제용 데이터 중 화재 감지용 데이터를 기반으로 배터리 저장소(100)에서 화재 발생이 감지되었는지를 판단한다(S406).
S406의 판단 결과, 화재 발생이 감지되지 않는 경우 제어 장치(160)는 전조 현상 감지용 데이터를 기반으로 배터리 모듈(112)이 냉각되었는지를 판단한다(S408).
S408의 판단 결과, 냉각이 완료된 경우 제어 장치(160)는 냉각 장치(120)의 동작을 중지시키고(S410), 그렇지 않을 경우 S404로 진행하여 이후 단계를 수행한다.
한편, S402의 판단 결과, 화재 발생이 감지되는 경우 제어 장치(160)는 배터리 저장소(100) 내 화재 진압 장치(130)를 동작시켜 배터리 저장소(100)에 발생된 화재를 진압시킨다(S412).
이와 더불어, 제어 장치(160)는 냉각 장치(120)를 동작시켜 배터리 저장소(100)의 배터리 모듈(112)을 냉각(S414)시킨 후 S408로 진행하여 이후 단계를 수행한다.
한편, 본 발명의 실시예들에 따른 냉각 장치(120) 및 화재 진압 장치(130)는 배터리 타입, 배터리 모듈(112) 구조, 랙(110) 구조, BESS의 총용량, BESS의 설치 구조, 배터리 저장소(100)의 구조 등을 고려하여 설계될 수 있다. 여기에서, 배터리 타입은 양극활 물질(NCM, LFP, NCA), 외관 구조(각형, 파우치형 원통형 등) 등을 의미할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 BESS의 화재 관리 시스템은 배터리 타입, 배터리 모듈(112) 구조, 랙(110) 구조, BESS의 총용량, BESS의 설치 구조, 배터리 저장소(100)의 구조 등을 고려하여 냉각 장치(120) 및 화재 진압 장치(130)의 냉각제 및 소화약제 양, 용기 구조, 배터리 저장소(100) 내 설치 개수, 가압 시스템, 노즐 구조, 노즐 개수, 배관 구조 및 길이 등을 결정할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에서는 생략되었지만, 냉각 장치(120)의 설치를 위한 설치 단계를 더 포함할 수도 있다. 설치 단계는 냉각 장치(120)의 냉각제양, 용기 구조, 개수, 가압 방법(용기 내 가압 가스의 양 및 가압 방식 결정), 노즐 구조, 노즐 개수, 배관 구조 및 길이 등의 냉각 장치 제작용 파라미터를 결정한 후 이를 토대로 냉각 장치(120)를 제작하고, 제작한 냉각 장치(120)를 배터리 저장소(100)에 배치하는 것을 의미할 수 있다. 여기에서, 냉각 장치 제작용 파라미터는 양극활 물질(NCM, LFP, NCA), 배터리 외관 구조(각형, 파우치형 원통형 등) 등과 같은 배터리 타입, 배터리 모듈(112) 구조, 랙(110) 구조, BESS의 총용량, BESS의 설치 구조, 배터리 저장소(100)의 구조 등을 고려하여 결정될 수 있다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 배터리 저장소
110 : 랙
112 : 배터리 모듈
120 : 냉각 장치
130 : 화재 진압 장치
140 : 전조 현상 감지용 데이터 생성부
142 : 오프가스 감지 모듈
144 : 전압 감지 모듈
146 : 온도 감지 모듈
150 : 화재 감지용 데이터 생성부
152 : 열 감지 모듈
154 : 불꽃 감지 모듈
156 : 화재 연기 감지 모듈
160 : 제어 장치
170 : BMS

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  10. 배터리 저장소의 모니터링을 통해 화재를 감지하기 위한 화재 감지용 데이터를 생성하되, 열 감지 모듈, 불꽃 감지 모듈 및 화재 연기 감지 모듈을 이용하여 화재 감지용 데이터를 생성하는 화재 감지용 데이터 생성부와,
    상기 배터리 저장소에 대한 모니터링을 통해 열폭주 전조 현상을 감지하기 위한 전조 현상 감지용 데이터를 생성하되, 오프가스 감지 모듈, 전압 감지 모듈 및 온도 감지 모듈을 이용하여 전조 현상 감지용 데이터를 생성하는 전조 현상 감지용 데이터 생성부와,
    상기 화재를 진압하는 적어도 하나 이상의 화재 진압 장치와,
    상기 배터리 저장소 내 배터리 모듈을 냉각시키는 적어도 하나 이상의 냉각 장치와,
    상기 오프가스 감지 모듈에 의해 오프가스가 감지됨에 따라 상기 전조 현상 감지용 데이터를 기반으로 급격한 전압 감소 또는 기 설정된 값 이상으로 온도가 상승한 배터리 모듈이 존재하는지를 체크하여 열폭주 전조 현상이 발생된 배터리 모듈의 존재 여부를 판단하며, 열폭주 전조 현상의 발생이 감지되는 경우 상기 냉각 장치를 동작시켜 상기 열폭주 전조 현상이 감지된 배터리 모듈을 냉각시키고, 냉각 도중 상기 화재 감지용 데이터를 기반으로 배터리 저장소에서 화재 발생이 감지되는 경우 상기 화재 진압 장치를 동작시켜 배터리 저장소에 발생된 화재를 진압시키고, 화재 발생이 감지되지 않는 경우 전조 현상 감지용 데이터를 기반으로 상기 배터리 모듈이 냉각되었는지를 판단하고, 판단 결과, 냉각이 완료된 경우 상기 냉각 장치의 동작을 중지시키는 제어 장치를 포함하는 BESS의 화재 관리 시스템.
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  12. 제10항에 있어서,
    상기 냉각 장치는,
    내부에 냉각제로 비도전성 물질이 충전된 용기와,
    상기 용기의 배출구에 결합되고, 상기 제어 장치의 제어에 따라 동작되는 밸브와,
    상기 제어 장치에 의한 밸브의 개방 시 상기 냉각제를 배터리 모듈 쪽으로 분사시키는 분사 노즐을 포함하는 BESS의 화재 관리 시스템.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 화재 진압 장치는,
    내부에 소화약제로 비도전성 물질이 충전된 용기와,
    상기 용기의 배출구에 결합되고, 상기 제어 장치의 제어에 따라 동작되는 밸브와,
    상기 제어 장치에 의한 밸브의 개방 시 상기 소화약제를 배터리 저장소 내부로 분사시키는 분사 노즐을 포함하는 BESS의 화재 관리 시스템.
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