KR102649311B1 - 에너지 저장 시스템, 배터리 모듈 및 배터리 모듈의 화재 감시 방법 - Google Patents

에너지 저장 시스템, 배터리 모듈 및 배터리 모듈의 화재 감시 방법 Download PDF

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Abstract

본 개시는 에너지 저장 시스템, 배터리 모듈, 및 배터리 모듈의 화재 감시 방법에 관한 것이다. 배터리 모듈은, 배터리 모듈의 하우징 내부에 위치하는 복수의 온도 센서를 포함하며 상기 복수의 온도 센서를 통해 서로 다른 복수의 지점의 온도를 감지하는 온도 감지 장치, 상기 배터리 모듈에 포함된 복수의 셀의 셀 전압을 감지하는 전압 감지 장치, 그리고 상기 복수의 지점에서 감지된 온도 및 상기 셀 전압에 기초하여 상기 배터리 모듈에서의 화재 발생을 검출하는 배터리 제어 장치를 포함할 수 있다.

Description

에너지 저장 시스템, 배터리 모듈 및 배터리 모듈의 화재 감시 방법{BATTERY MODULE, ENERGY STORAGE SYSTEM AND FIRE MONITORING METHOD FOR BATTERY MODULE}
본 개시는 에너지 저장 시스템, 배터리 모듈 및 배터리 모듈의 화재 감시 방법에 관한 것이다.
컨테이너, 빌딩 등의 내부에 설치하는 에너지 저장 시스템(ESS: energy storage system)은 대용량의 전력을 순간 충/방전하는 설비이다. 이러한 ESS는 대용량의 전력을 다루는 설비이므로, 이를 도입할 경우 설비 시공에서 운영에 이르기까지 안전에 만전을 기해야 한다.
에너지 저장 시스템이 설치되는 장소에는, 룸 내의 열, 연기, 불꽃(빛) 등을 감지하여 화재 발생을 검출하고, 화재 발생 시 소화 약제 분사 등을 통해 화재를 진압하기 위한 화재 감시 시스템이 설치된다. 이러한 화재 감시 시스템은, 배터리 셀이 과열되어 화재가 발생하는 경우 초기 단계에서 화재 발생 감지가 어려우며, 화재가 어느 정도 확산된 후에 화재 발생이 감지된다는 문제가 있다.
실시 예들을 통해 해결하고자 하는 과제는, 배터리 모듈 내부에서 화재 발생시 빠른 감지가 가능하여 화재가 확산되는 것을 방지할 수 있는 에너지 저장 시스템, 배터리 모듈 및 배터리 모듈의 화재 감시 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 일 실시 예에 따른 배터리 모듈은, 배터리 모듈의 하우징 내부에 위치하는 복수의 온도 센서를 포함하며 상기 복수의 온도 센서를 통해 서로 다른 복수의 지점의 온도를 감지하는 온도 감지 장치, 상기 배터리 모듈에 포함된 복수의 셀의 셀 전압을 감지하는 전압 감지 장치, 그리고 상기 복수의 지점에서 감지된 온도 및 상기 셀 전압에 기초하여 상기 배터리 모듈에서의 화재 발생을 검출하는 배터리 제어 장치를 포함할 수 있다.
상기 배터리 제어 장치는, 상기 복수의 지점 중 설정된 값 이상의 온도가 감지된 지점의 개수가 제1 설정치 이상이면, 상기 배터리 모듈에 화재가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
상기 배터리 제어 장치는, 상기 복수의 지점 중 설정된 값 이상의 온도가 감지된 지점의 개수가 제2 설정치 이상이고, 소정 시간 동안 적어도 하나의 셀의 셀 전압이 설정된 값 이상 강하되면, 상기 배터리 모듈에 화재가 발생한 것으로 판단할 수도 있다.
상기 배터리 제어 장치는, 상기 복수의 지점 중 제1 시간 동안의 온도 변화량이 설정된 값 이상인 지점의 개수가 제2 설정치 이상이고, 제2 시간 동안 적어도 하나의 셀의 셀 전압이 설정된 값 이상 강하되면, 상기 배터리 모듈에 화재가 발생한 것으로 판단할 수도 있다.
상기 배터리 제어 장치는, 상기 복수의 지점 중 상기 설정된 값 이상의 온도가 감지된 지점의 개수가 상기 제1 설정치 미만이고 제2 설정치 이상이면, 소정 시간 동안 감지되는 상기 셀 전압의 변화량에 기초하여 상기 배터리 모듈의 화재 발생을 검출할 수도 있다.
상기 배터리 제어 장치는, 상기 복수의 지점 중 상기 설정된 값 이상의 온도가 감지된 지점의 개수가 상기 제1 설정치 미만이면, 제1 시간 동안 상기 복수의 지점에서 감지되는 온도의 변화량 및 제2 시간 동안 감지되는 상기 셀 전압의 변화량에 기초하여 상기 배터리 모듈의 화재 발생을 검출할 수 있다.
일 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템은, 복수의 배터리 모듈, 상기 복수의 배터리 모듈을 관리하는 배터리 관리 시스템, 그리고 소화 약제를 분사하는 약제 분사 장치를 포함할 수 있다. 상기 복수의 배터리 모듈 각각은, 복수의 셀, 대응하는 배터리 모듈의 하우징 내부에 위치하는 복수의 온도 센서를 포함하며, 상기 복수의 온도 센서를 통해 서로 다른 복수의 지점의 온도를 감지하는 온도 감지 장치, 상기 복수의 셀의 셀 전압을 감지하는 전압 감지 장치, 그리고 상기 복수의 지점에서 감지된 온도 및 상기 셀 전압에 기초하여 화재 발생을 검출하며, 화재 발생이 검출되면 상기 배터리 관리 시스템으로 제1 화재 감지 신호를 출력하는 배터리 제어 장치를 포함할 수 있다. 상기 배터리 관리 시스템은, 상기 제1 화재 감지 신호가 수신되면 상기 소화 약제의 분사를 지시하는 제1 약제 분사 제어 신호를 상기 약제 분사 장치로 직접 출력할 수 있다.
상기 에너지 저장 시스템은, 상기 복수의 배터리 모듈의 외부에 위치하는 적어도 하나의 화재 감지 센서를 포함하며, 상기 적어도 하나의 화재 감지 센서를 통해 화재 발생이 감지되면 제2 화재 감지 신호를 출력하는 화재 감지 장치, 그리고 상기 배터리 관리 시스템을 통해 상기 제1 화재 감지 신호를 수신하고, 상기 화재 감지 장치로부터 상기 제2 화재 감지 신호를 수신하며, 상기 제1 화재 감지 신호 또는 상기 제2 화재 감지 신호에 기초해 상기 소화 약제의 분사를 지시하는 제2 약제 분사 제어 신호를 상기 약제 분사 장치로 출력하는 소방 수신기를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리 관리 시스템은, 상기 제2 약제 분사 제어 신호를 수신하며, 상기 제1 화재 감지 신호 또는 상기 제2 약제 분사 제어 신호가 수신되면, 상기 복수의 배터리 모듈을 부하로부터 분리할 수 있다.
상기 배터리 제어 장치는, 상기 복수의 지점 중 설정된 값 이상의 온도가 감지된 지점의 개수가 제1 설정치 이상이면, 화재가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
상기 배터리 제어 장치는, 상기 복수의 지점 중 설정된 값 이상의 온도가 감지된 지점의 개수가 제2 설정치 이상이고, 소정 시간 동안 적어도 하나의 셀의 셀 전압이 설정된 값 이상 강하되면, 화재가 발생한 것으로 판단할 수도 있다.
상기 배터리 제어 장치는, 상기 복수의 지점 중 제1 시간 동안의 온도 변화량이 설정된 값 이상인 지점의 개수가 제2 설정치 이상이고, 제2 시간 동안 적어도 하나의 셀의 셀 전압이 설정된 값 이상 강하되면, 화재가 발생한 것으로 판단할 수도 있다.
상기 배터리 제어 장치는, 상기 복수의 지점 중 상기 설정된 값 이상의 온도가 감지된 지점의 개수가 상기 제1 설정치 미만이고 제2 설정치 이상이면, 소정 시간 동안 감지되는 상기 셀 전압의 변화량에 기초하여 화재 발생을 검출할 수 있다.
상기 배터리 제어 장치는, 상기 복수의 지점 중 상기 설정된 값 이상의 온도가 감지된 지점의 개수가 상기 제1 설정치 미만이면, 제1 시간 동안 상기 복수의 지점에서 감지되는 온도의 변화량 및 제2 시간 동안 감지되는 상기 셀 전압의 변화량에 기초하여 화재 발생을 검출할 수도 있다.
일 실시 예에 따른 배터리 모듈의 화재 감시 방법은, 상기 배터리 모듈의 하우징 내부에 위치하는 복수의 온도 센서를 통해 서로 다른 복수의 지점의 온도를 감지하는 단계, 상기 배터리 모듈에 포함된 복수의 셀의 셀 전압을 감지하는 단계, 그리고 상기 복수의 지점에서 감지된 온도 및 상기 셀 전압에 기초하여 화재 발생을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 화재 발생을 검출하는 단계는, 상기 복수의 지점 중 설정된 값 이상의 온도가 감지된 지점의 개수가 제1 설정치 이상이면, 상기 배터리 모듈에 화재가 발생한 것으로 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 화재 발생을 검출하는 단계는, 상기 복수의 지점 중 설정된 값 이상의 온도가 감지된 지점의 개수가 제2 설정치 이상이고, 소정 시간 동안 적어도 하나의 셀의 셀 전압이 설정된 값 이상 강하되면, 상기 배터리 모듈에 화재가 발생한 것으로 판단하는 단계를 포함할 수도 있다.
상기 화재 발생을 검출하는 단계는, 상기 복수의 지점 중 제1 시간 동안의 온도 변화량이 설정된 값 이상인 지점의 개수가 제2 설정치 이상이고, 제2 시간 동안 적어도 하나의 셀의 셀 전압이 설정된 값 이상 강하되면, 상기 배터리 모듈에 화재가 발생한 것으로 판단하는 단계를 포함할 수도 있다.
상기 화재 발생을 검출하는 단계는, 상기 복수의 지점 중 상기 설정된 값 이상의 온도가 감지된 지점의 개수가 상기 제1 설정치 미만이고 제2 설정치 이상이면, 소정 시간 동안 감지되는 상기 셀 전압의 변화량에 기초하여 상기 배터리 모듈의 화재 발생을 검출하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
상기 화재 발생을 검출하는 단계는, 상기 복수의 지점 중 상기 설정된 값 이상의 온도가 감지된 지점의 개수가 상기 제1 설정치 미만이면, 제1 시간 동안 상기 복수의 지점에서 감지되는 온도의 변화량 및 제2 시간 동안 감지되는 상기 셀 전압의 변화량에 기초하여 상기 배터리 모듈의 화재 발생을 검출하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
상기 화재 감시 방법은, 상기 배터리 모듈에서 화재 발생이 감지되면, 약제 분사 장치가 상기 배터리 모듈에 소화 약제를 분사하도록 화재 감지 신호를 출력하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
실시 예들에 따르면, 배터리 모듈 내부에서 화재 발생시 빠른 감지가 가능하여 화재가 확산되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 화재 감시를 위해 설치된 화재 감지 센서들, 또는 소방 수신기가 고장난 상황에서도 배터리 모듈의 화재 발생을 검출하여 보호 기능을 작동시킬 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2는 일 실시 예에 따른 배터리 모듈의 화재 감시 방법을 개략적으로 도시한다.
도 3은 다른 실시 예에 따른 배터리 모듈의 화재 감시 방법을 개략적으로 도시한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다. 이하 첨부된 도면들을 참조하여 실시 예들의 효과 및 특징, 그리고 그 구현 방법을 상세히 설명한다. 도면에서, 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 나타내며, 그에 대한 중복되는 설명은 생략된다. 그러나, 본 발명은 다양한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 오히려, 이들 실시 예들은 본 개시가 철저하고 완전하게 될 수 있도록 예로서 제공되며, 통상의 기술자에게 본 발명의 양태 및 특징을 충분히 전달할 것이다.
따라서, 본 발명의 양태들 및 특징들의 완전한 이해를 위해 당업자에게 필요하지 않다고 여겨지는 프로세스들, 요소들, 및 기술들은 설명되지 않을 수 있다. 도면에서, 소자들, 층들, 및 영역들의 상대적 크기는 명확성을 위해 과장될 수 있다.
본 문서에서 "및/또는"이라는 용어는 관련되어 열거된 복수의 항목들의 모든 조합 또는 임의의 조합을 포함한다. 본 발명의 실시 예들을 기술할 때 "~할 수 있다", "~일 수 있다"를 사용하는 것은 "본 발명의 하나 이상의 실시 예"를 의미한다. 다음의 본 발명의 실시 예에 대한 설명에서, 단수 형태의 용어는 문맥에 달리 명시되지 않는 한 복수 형태를 포함할 수 있다.
본 문서에서 "제1", "제2", ??제3"등의 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되지만, 이들 구성요소들은 이 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.
본 문서에서 하나의 구성요소 또는 층이 다른 구성요소 또는 층에 대해 "상에", "연결된", 또는 "결합된" 것으로 기재되는 경우에 있어, "상에", "연결된" 및 "결합된" 것은 직접, 또는 하나 이상의 다른 구성요소 또는 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한, 하나의 구성요소 또는 층이 2개의 구성요소 또는 층 "사이"에 있는 것으로 기재되는 경우, 2개의 구성요소 또는 층 사이의 유일한 구성요소 또는 층이거나, 하나 이상의 개재된 다른 요소 또는 층이 존재함으로 이해되어야 한다.
이하, 필요한 도면들을 참조하여 에너지 저장 시스템(ESS: energy storage system), 배터리 모듈 및 배터리 모듈의 화재 감시 방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 에너지 저장 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 1을 참조하면, 에너지 저장 시스템(1)은 복수의 배터리 모듈(10), 및 복수의 배터리 모듈(10)을 관리하는 배터리 관리 시스템(20)을 포함할 수 있다.
각 배터리 모듈(10)은, 배터리(11), 온도 감지 장치(12), 전압 감지 장치(13), 및 배터리 제어 장치(14)를 포함할 수 있다.
배터리(11)는 서로 전기적으로 직렬 또는 병렬로 연결되는 복수의 셀(cell)을 포함할 수 있다.
온도 감지 장치(12)는 대응하는 배터리 모듈(10)의 하우징(미도시) 내부에 위치하는 복수의 온도 센서(미도시)를 포함할 수 있다. 온도 감지 장치(12)에 포함된 온도 센서들은 대응하는 배터리 모듈(10)의 하우징 내부의 서로 다른 위치에 위치할 수 있다. 따라서, 온도 센서들은 대응하는 배터리 모듈(10) 내부의 서로 다른 위치에서 온도를 감지할 수 있다.
전압 감지 장치(13)는 대응하는 배터리 모듈(10)의 배터리(11)를 구성하는 배터리 셀들의 셀 전압을 감지할 수 있다.
배터리 제어 장치(14)는 대응하는 배터리 모듈(10)의 배터리(11)에 대한 충방전, 셀 밸런싱 등을 제어하는 제어기로 작동할 수 있다.
배터리 제어 장치(14)는 온도 감지 장치(12)를 통해 감지되는 온도값들, 및 전압 감지 장치(13)를 통해 감지되는 셀 전압값들이 기 설정된 조건을 만족하는지를 확인하여 배터리 모듈(10) 내 화재 발생을 검출할 수도 있다.
예를 들어, 배터리 제어 장치(14)는 온도 감지 장치(12)에 의해 기 설정된 값(예를 들어, 65℃ 이상의 온도가 감지된 지점이 개수가 제1 설정치 이상인 조건(이하, "조건 1"이라 칭함)을 만족하면, 배터리 모듈(10) 내에서 화재가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
또한, 예를 들어, 배터리 제어 장치(14)는 온도 감지 장치(12)에 의해 기 설정된 값(예를 들어, 65℃ 이상의 온도가 감지된 지점의 개수가 제2 설정치 이상이고, 소정 시간 동안 적어도 하나의 셀의 셀 전압값이 기 설정된 값(예를 들어, 50mV) 이상 강하되는 조건(이하, "조건 2"라 칭함)을 만족하면, 배터리 모듈(10) 내에서 화재가 발생한 것으로 판단할 수도 있다. 여기서, 제1 설정치는 제2 설정치 보다 더 큰 수일 수 있다. 예를 들어, 제1 설정치는 2개이고, 제2 설정치는 1개일 수 있다.
또한, 예를 들어, 배터리 제어 장치(14)는 온도 감지 장치(12)에 소정 시간(예를 들어, 1초) 동안 감지된 온도의 변화량(증가량)이 기 설정된 값(예를 들어, Δ5℃ 이상인 지점의 개수가 제3 설정치 이상이고, 소정 시간 동안 적어도 하나의 셀의 셀 전압값이 기 설정된 전압(예를 들어, 50mV) 이상 강하되는 조건(이하, "조건 3"이라 칭함)을 만족하면, 배터리 모듈(10) 내에서 화재가 발생한 것으로 판단할 수도 있다. 여기서, 제1 설정치는 제3 설정치 보다 더 큰 수일 수 있다. 예를 들어, 제1 설정치는 2개이고, 제3 설정치는 1개일 수 있다.
배터리 제어 장치(14)는 전술한 조건들(조건 1 내지 조건 3)의 만족 여부를 각각 확인하고, 조건 1 내지 조건 3 중 하나라도 만족하면 배터리 모듈(10) 내에서 화재가 발생한 것으로 판단할 수 있다.
배터리 제어 장치(14)는 전술한 조건 1이 만족되면, 전술한 조건 2 및 조건 3에 대한 확인 과정을 생략할 수도 있다. 즉, 배터리 제어 장치(14)는 온도 감지 장치(12)에 의해 감지된 온도값들 중 기 설정된 온도(예를 들어, 65℃ 이상인 온도값들의 개수를 확인하고, 해당 개수에 따라 셀 전압값들의 추가 확인 여부를 결정할 수 있다.
배터리 제어 장치(14)는 전술한 조건들에 기초해 대응하는 배터리 모듈(10) 내에서의 화재 발생이 감지되면, 화재 발생을 통지하는 상태 신호(이하, "화재 감지 신호"라 칭함)를 배터리 관리 시스템(20)으로 출력할 수 있다.
배터리 제어 장치(14)는 예를 들어, BCU(battery control unit)일 수 있다.
배터리 관리 시스템(20)은 각 배터리 모듈(10)의 배터리 제어 장치(14)로부터 화재 감지 신호를 수신할 수 있다. 배터리 관리 시스템(20)은 소방 수신기(40)로부터 출력되는 경고 신호, 고장 감지 신호 등을 수신할 수 있다. 배터리 관리 시스템(20)은 약제 분사 장치(33)로 출력되는 약제 분사 제어 신호를 수신할 수도 있다.
배터리 관리 시스템(20)은 배터리 모듈(10)의 배터리 제어 장치(14)로부터 화재 감지 신호가 수신되면, 이를 소방 수신기(40)로 전달할 수 있다. 배터리 관리 시스템(20)은 화재 감지 신호 전달 시, 소방 수신기(40)가 화재 감지 센서로부터 화재 감지 신호를 수신하는 입력 단자를 이용할 수 있다. 이 경우, 소방 수신기(40)는 배터리 관리 시스템(20)으로부터 화재 감지 신호를 수신하기 위해 추가적인 입력 단자나 구성을 필요로 하지 않는다.
배터리 관리 시스템(20)은 배터리 모듈(10)의 배터리 제어 장치(14)로부터 화재 감지 신호가 수신되면, 대응하는 약제 분사 장치(33)가 약제를 분사하도록 제어하는 제어 신호(이하, "약제 분사 제어 신호"라 칭함)를 약제 분사 장치(33)로 직접 출력할 수도 있다.
배터리 관리 시스템(20)은 배터리 모듈(10)로부터 화재 감지 신호가 수신되거나, 소방 수신기(40)로부터 경고 신호가 출력되거나, 또는 약제 분사 장치(33)로 약제 분사 제어 신호가 출력되면, 배터리 모듈(10)을 셧다운하여 배터리 모듈(10)과 외부 부하 사이의 연결을 차단할 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 시스템(20)은 화재 감시 신호, 경고 신호, 또는 약제 분사 제어 신호가 수신되면, 배터리 제어 패널(BCP: battery control panel)(미도시) 또는 전력 변환 장치(PCS: power conversion system)(미도시)로 배터리 모듈(10)과 부하 사이의 연결 차단 차단을 지시하는 신호를 출력할 수 있다.
배터리 관리 시스템(20)은 화재 감지 신호, 또는 약제 분사 제어 신호의 수신으로 배터리 모듈(10)의 셧다운 시, 일부 배터리 모듈(10)만 셧다운되도록, 즉 부하와의 연결이 차단되도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 배터리 관리 시스템(20)은 화재 감지 신호를 출력한 배터리 모듈(10), 화재 감지 신호를 출력한 화재 감지 장치(31)가 감시하는 구역의 배터리 모듈(10), 또는 약제 분사 장치(33)에 의해 약제가 분사되는 구역에 위치하는 배터리 모듈(10)을 포함하는 일부 배터리 모듈(10)만 셧다운 시킬 수 있다.
배터리 관리 시스템(20)은 화재 감지 신호, 또는 약제 분사제어 신호의 수신으로 배터리 모듈(10)의 셧다운 시, 에너지 저장 시스템(1)에 포함된 전체 배터리 모듈(10)을 셧다운 시킬 수도 있다.
배터리 관리 시스템(20)은 예를 들어, SBMS(system battery management system)일 수 있다.
에너지 저장 시스템(1)은 에너지 저장 시스템(1)의 화재 감지 및 화재 진압을 위해, 화재 감지 장치(31), 비상 스위치(32), 약제 분사 장치(33), 및 소방 수신기(40)를 더 포함할 수 있다.
화재 감지 장치(31)는 배터리 모듈(10)의 외부에 위치하는 적어도 하나의 화재 감지 센서를 포함할 수 있다. 화재 감지 센서는, 화재에 의해 발생하는 연기, 불꽃(빛), 열 등을 감지하여 화재 발생을 검출할 수 있다. 화재 감지 센서는 화재 발생이 감지되면, 이를 통지하는 화재 감지 신호를 소방 수신기(40)로 출력할 수 있다. 화재 감지 장치(31)는 화재 감지 센서의 오작동으로 소방 약제가 분사되는 것을 방지하기 위해 각 구역당 복수의 화재 감지 센서를 포함할 수도 있다.
비상 스위치(32)는 에너지 저장 시스템(1)의 관리자에 의해 수동으로 조작되는 스위치이다. 관리자는 화재 발생 등의 비상 상황 발생 시 비상 스위치(32)를 조작하여 소방 수신기(40)로 비상 상황이 발생했음을 통지할 수 있다. 비상 스위치(32)는 관리자에 의해 조작될 경우(예를 들어, 턴 온 될 경우), 비상 신호를 소방 수신기(40)로 출력할 수 있다.
약제 분사 장치(33)는 배터리 관리 시스템(20) 또는 소방 수신기(40)로부터 약제 분사 제어 신호가 입력되면, 대응하는 배터리 모듈(10)에 소화 약제(fire extinguishing agent)를 분사할 수 있다. 소화 약제는, 화재로 발생하는 불꽃(화염)을 억제, 지연 또는 소화하거나, 배터리(11)의 온도를 낮추기 위한 약제이다. 소화 약제는, 탄산칼슘(CaCO3, 제1 인산암모늄, 할로겐 화합물, 아르곤, 질소, 이산화탄소 등을 함유할 수 있다.
소방 수신기(40)는 경고 신호 출력부(41), 약제 방출 제어부(42), 및 고장 진단부(43)를 포함할 수 있다.
경고 신호 출력부(41)는 배터리 관리 시스템(20)으로부터 화재 감지 신호가 수신되거나, 또는 화재 감지 장치(1)로부터 화재 감지 신호가 수신되면, 비상 상황이 발생했음을 통지하는 경고 신호를 배터리 관리 시스템(20)으로 출력할 수 있다.
약제 방출 제어부(42)는 배터리 관리 시스템(20)으로부터 화재 감지 신호가 수신되거나, 또는 화재 감지 장치(31)로부터 화재 감지 신호가 수신되면, 약제 분사 장치(33)가 소화 약제를 분사하도록 제어하는 약제 분사 제어 신호를 약제 분사 장치(33)로 출력할 수 있다. 화재 감지 장치(31)가 리던던시(redundancy)를 위해 동일한 구역 내에 위치하는 복수의 화재 감지 센서를 포함하도록 구성된 경우, 약제 방출 제어부(42)는 동일한 구역 내에 위치하는 모든 화재 감지 센서가 화재 감지 신호를 출력하는 경우에만 약제 분사 제어 신호를 출력할 수도 있다.
고장 진단부(43)는 고장 진단 프로그램을 통해 소방 수신기(40)의 고장을 진단할 수 있다. 고장 진단부(43)는 소방 수신기(40)에 고장이 발생한 것으로 판단되면, 소방 수신기(40)의 고장 발생을 통지하는 고장 감지 신호를 배터리 관리 시스템(20)으로 출력할 수 있다.
도 2는 일 실시 예에 따른 배터리 모듈의 화재 감시 방법을 개략적으로 도시한다. 도 2의 화재 감시 방법은, 도 1을 참조하여 설명한 에너지 저장 시스템의 배터리 제어 장치(14)에 의해 수행될 수 있다.
도 2를 참조하면, 배터리 제어 장치(14)는 온도 감지 장치(12), 및 전압 감지 장치(13)를 통해 배터리 모듈(10) 내 복수의 지점에서의 온도, 및 배터리 모듈(10)을 구성하는 복수의 셀의 셀 전압을 감지할 수 있다(S11).
배터리 제어 장치(14)는 상기 S11 단계를 통해 감지된 온도 및 셀 전압들이 전술한 조건 1 내지 조건 3 중 하나 이상 만족하는지 확인할 수 있다(S12). 이를 위해, 배터리 제어 장치(14)는 조건 1 내지 조건 3 각각에 대해, 상기 S11 단계를 통해 감지된 온도 및 셀 전압의 만족 여부를 확인할 수 있다.
상기 S11 단계를 통해 감지된 온도 및 셀 전압들이 조건 1 내지 조건 3 중 하나 이상 만족하면, 배터리 제어 장치(14)는 배터리 모듈(10) 내에서 화재에 대응하는 이벤트가 발생한 것으로 판단할 수 있다(S13).
배터리 제어 장치(14)는 화재가 발생한 것으로 판단됨에 따라, 화재로부터 배터리 모듈(10)을 보호하기 위한 보호 기능을 작동시킬 수 있다(S14). 즉, 배터리 제어 장치(14)는 약제 분사 장치(33)가 배터리 모듈(10) 측으로 소화 약제를 분사하도록 화재 감지 신호를 배터리 관리 시스템(20)으로 출력할 수 있다.
도 3은 다른 실시 예에 따른 배터리 모듈의 화재 감시 방법을 개략적으로 도시한다. 도 3의 화재 감시 방법은, 도 1을 참조하여 설명한 에너지 저장 시스템의 배터리 제어 장치(14)에 의해 수행될 수 있다.
도 3을 참조하면, 배터리 제어 장치(14)는 온도 감지 장치(12), 및 전압 감지 장치(13)를 통해 배터리 모듈(10) 내 복수의 지점에서의 온도, 및 배터리 모듈(10)을 구성하는 복수의 셀의 셀 전압을 감지할 수 있다(S21).
배터리 제어 장치(14)는 상기 S21 단계를 통해 감지된 온도가 전술한 조건 1을 만족하는지 판단할 수 있다(S22). 즉, 배터리 제어 장치(14)는 배터리 모듈(10) 내에서 기 설정된 값(예를 들어, 65℃ 이상의 온도가 감지된 지점들의 개수가 제1 설정치(예를 들어, 2개) 이상인지를 확인할 수 있다.
배터리 제어 장치(14)는 상기 S21 단계를 통해 감지된 온도가 조건 1을 만족하면, 배터리 모듈(10) 내에서 화재에 대응하는 이벤트가 발생한 것으로 판단할 수 있다(S24).
배터리 제어 장치(14)는 상기 S21 단계를 통해 감지된 온도가 조건 1을 만족하지 못하면, 상기 S21 단계를 통해 감지된 온도 및 셀 전압이 조건 2 또는 조건 3을 만족하는지 판단할 수 있다(S23). 배터리 제어 장치(14)는 상기 S21 단계를 통해 기 설정된 값(예를 들어, 65℃ 이상의 온도가 감지된 지점들의 개수가 제1 설정치보다 작으면, 감지된 온도와 함께 셀 전압을 추가로 확인하여 조건 2 또는 조건 3을 만족하는지 확인할 수 있다.
배터리 제어 장치(14)는 상기 S21 단계를 통해 감지된 온도 및 셀 전압이 조건 2 또는 조건 3을 만족하면, 배터리 제어 장치(14)는 배터리 모듈(10) 내에서 화재에 대응하는 이벤트가 발생한 것으로 판단할 수 있다(S24).
배터리 제어 장치(14)는 화재가 발생한 것으로 판단됨에 따라, 화재로부터 배터리 모듈(10)을 보호하기 위한 보호 기능을 작동시킬 수 있다(S25). 즉, 배터리 제어 장치(14)는 약제 분사 장치(33)가 배터리 모듈(10) 측으로 소화 약제를 분사하도록 화재 감지 신호를 배터리 관리 시스템(20)으로 출력할 수 있다.
도 3의 실시 예에서는, 감지된 온도들이 설정된 조건(조건 1)을 만족하지 못하는 경우에만 셀 전압을 추가적으로 확인하여 배터리 모듈(10)의 화재 발생을 검출함으로써, 도 2의 실시 예에 비해 화재 발생 후 감지까지의 시간이 단축될 수 있다.
전술한 실시 예들에 따르면, 배터리 모듈(10) 내부에서 화재 발생시 배터리 모듈(10) 외부에 위치하는 화재 감지 센서 보다 빠르게 감지할 수 있어 화재가 확산되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 화재 감지를 목적으로 배터리 모듈(10) 외부에 설치된 화재 감지 센서나, 소방 수신기가 고장난 상황에서도 배터리 모듈(10) 내부의 화재 발생을 검출하여 보호 기능을 작동시킬 수 있다.
여기에 설명된 본 발명의 실시 예들에 따른 전자 또는 전기 장치 및/또는 임의의 다른 관련 장치 또는 구성 요소는 임의의 적합한 하드웨어, 펌웨어(예를 들어, 주문형 집적회로(application-specific integrated circuit)), 소프트웨어, 또는 소프트웨어, 펌웨어 및 하드웨어의 조합을 이용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 이들 장치의 다양한 구성 요소는 하나의 집적 회로(IC) 칩 상에 또는 개별 IC 칩 상에 형성될 수 있다. 또한, 이들 장치의 다양한 구성 요소들은 가요성 인쇄 회로 필름(flexible printed circuit film), 테이프 캐리어 패키지(TCP: tape carrier package), 인쇄 회로 기판(PCB: printed circuit board) 또는 하나의 기판 상에 구현될 수 있다. 본 명세서에 기재된 전기적 연결 또는 상호 연결은, 예를 들어, PCB 또는 다른 종류의 회로 캐리어 상의 배선 또는 전도성 소자들에 의해 구현될 수 있다. 전도성 소자는 예를 들어 표면 금속화(surface metallizations)와 같은 금속화, 및/또는 핀(pin)들을 포함할 수 있으며, 전도성 중합체(conductive polymers) 또는 세라믹(ceramics)을 포함할 수 있다. 또한 전기 에너지는 예를 들어, 전자기 방사 또는 빛을 이용한 무선 접속을 통해 전송될 수 있다.
또한, 이들 장치의 다양한 구성 요소는 여기에 설명된 다양한 기능을 수행하기 위해 하나 이상의 프로세서 상에서 실행되고, 하나 이상의 컴퓨팅 장치 내에서 실행되며, 컴퓨터 프로그램 명령을 실행하고 다른 시스템 구성 요소와 상호 작용하는 프로세스 또는 스레드일 수 있다. 컴퓨터 프로그램 명령은 예를 들어 랜덤 액세스 메모리(RAM: random access memory)와 같은, 표준 메모리 장치를 사용하는 컴퓨팅 장치에서 구현될 수 있는 메모리에 저장된다. 컴퓨터 프로그램 명령은 또한 예를 들어 CD-ROM, 플래시 드라이브 등과 같은 다른 비일시적(non-transitory) 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장될 수 있다.
또한, 당업자는 다양한 컴퓨팅 장치의 기능이 단일 컴퓨팅 장치에 결합되거나 또는 통합될 수 있거나, 또는 특정 컴퓨팅 장치의 기능이 본 발명의 예시적인 실시 예들의 범위를 벗어나지 않으면서 하나 이상의 다른 컴퓨팅 장치에 걸쳐 분산될 수 있음을 인식해야 한다.
1: 에너지 저장 시스템
10: 배터리 모듈
11: 배터리
12: 온도 감지 장치
13: 전압 감지 장치
14: 배터리 제어 장치
20: 배터리 관리 시스템
31: 화재 감지 장치
32: 비상 스위치
33: 약제 분사 장치
40: 소방 수신기
41: 경고 신호 출력부
42: 약제 방출 제어부
43: 고장 진단부

Claims (21)

  1. 배터리 모듈의 하우징 내부에 위치하는 복수의 온도 센서를 포함하며, 상기 복수의 온도 센서를 통해 서로 다른 복수의 지점의 온도를 감지하는 온도 감지 장치,
    상기 배터리 모듈에 포함된 복수의 셀의 셀 전압을 감지하는 전압 감지 장치, 그리고
    상기 복수의 지점에서 감지된 온도 및 상기 셀 전압에 기초하여 상기 배터리 모듈에서의 화재 발생을 검출하는 배터리 제어 장치를 포함하고,
    상기 배터리 제어 장치는,
    상기 복수의 지점 중 설정된 값 이상의 온도가 감지된 지점의 개수가 제1 설정치 이상이면, 상기 배터리 모듈에 화재가 발생한 것으로 판단하며,
    상기 복수의 지점 중 상기 설정된 값 이상의 온도가 감지된 지점의 개수가 상기 제1 설정치 미만인 상태에서는, 상기 복수의 지점에서 감지된 온도 및 상기 복수의 셀의 상기 셀 전압이 기 설정된 조건을 모두 만족하면 상기 배터리 모듈에 화재가 발생한 것으로 판단하는, 배터리 모듈.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 제어 장치는,
    상기 복수의 지점 중 상기 설정된 값 이상의 온도가 감지된 지점의 개수가 제2 설정치 이상이고, 소정 시간 동안 적어도 하나의 셀의 셀 전압이 설정된 값 이상 강하되면, 상기 배터리 모듈에 화재가 발생한 것으로 판단하는, 배터리 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 제어 장치는,
    상기 복수의 지점 중 제1 시간 동안의 온도 변화량이 설정된 값 이상인 지점의 개수가 제2 설정치 이상이고, 제2 시간 동안 적어도 하나의 셀의 셀 전압이 설정된 값 이상 강하되면, 상기 배터리 모듈에 화재가 발생한 것으로 판단하며,
    상기 제2 설정치는 상기 제1 설정치보다 작은, 배터리 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 제어 장치는,
    상기 복수의 지점 중 상기 설정된 값 이상의 온도가 감지된 지점의 개수가 상기 제1 설정치 미만이고 제2 설정치 이상이면, 소정 시간 동안 상기 복수의 셀로부터 감지되는 셀 전압의 변화량에 기초하여 상기 배터리 모듈의 화재 발생을 검출하는, 배터리 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 제어 장치는,
    상기 복수의 지점 중 상기 설정된 값 이상의 온도가 감지된 지점의 개수가 상기 제1 설정치 미만이면, 제1 시간 동안 상기 복수의 지점에서 감지되는 온도의 변화량 및 제2 시간 동안 상기 복수의 셀로부터 감지되는 셀 전압의 변화량에 기초하여 상기 배터리 모듈의 화재 발생을 검출하는, 배터리 모듈.
  7. 복수의 배터리 모듈,
    상기 복수의 배터리 모듈을 관리하는 배터리 관리 시스템, 그리고
    소화 약제를 분사하는 약제 분사 장치를 포함하며,
    상기 복수의 배터리 모듈 각각은,
    복수의 셀,
    대응하는 배터리 모듈의 하우징 내부에 위치하는 복수의 온도 센서를 포함하며, 상기 복수의 온도 센서를 통해 서로 다른 복수의 지점의 온도를 감지하는 온도 감지 장치,
    상기 복수의 셀의 셀 전압을 감지하는 전압 감지 장치, 그리고
    상기 복수의 지점에서 감지된 온도 및 상기 셀 전압에 기초하여 화재 발생을 검출하며, 화재 발생이 검출되면 상기 배터리 관리 시스템으로 제1 화재 감지 신호를 출력하는 배터리 제어 장치를 포함하고,
    상기 배터리 관리 시스템은, 상기 제1 화재 감지 신호가 수신되면 상기 소화 약제의 분사를 지시하는 제1 약제 분사 제어 신호를 상기 약제 분사 장치로 직접 출력하며,
    상기 배터리 제어 장치는,
    상기 복수의 지점 중 설정된 값 이상의 온도가 감지된 지점의 개수가 제1 설정치 이상이면, 상기 배터리 모듈에 화재가 발생한 것으로 판단하고,
    상기 복수의 지점 중 상기 설정된 값 이상의 온도가 감지된 지점의 개수가 상기 제1 설정치 미만인 상태에서는 상기 복수의 지점에서 감지된 온도 및 상기 복수의 셀의 상기 셀 전압이 기 설정된 조건을 모두 만족하면 상기 배터리 모듈에 화재가 발생한 것으로 판단하는, 에너지 저장 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 모듈의 외부에 위치하는 적어도 하나의 화재 감지 센서를 포함하며, 상기 적어도 하나의 화재 감지 센서를 통해 화재 발생이 감지되면 제2 화재 감지 신호를 출력하는 화재 감지 장치, 그리고
    상기 배터리 관리 시스템을 통해 상기 제1 화재 감지 신호를 수신하고, 상기 화재 감지 장치로부터 상기 제2 화재 감지 신호를 수신하며, 상기 제1 화재 감지 신호 또는 상기 제2 화재 감지 신호에 기초해 상기 소화 약제의 분사를 지시하는 제2 약제 분사 제어 신호를 상기 약제 분사 장치로 출력하는 소방 수신기를 더 포함하며,
    상기 배터리 관리 시스템은 상기 배터리 제어 장치로부터 상기 제1 화재 감지 신호가 수신되면, 상기 제1 화재 감지 신호를 상기 소방 수신기에 전달하는, 에너지 저장 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 배터리 관리 시스템은, 상기 소방 수신기로부터 상기 약제 분사 장치에 출력되는 상기 제2 약제 분사 제어 신호를 수신하며, 상기 제1 화재 감지 신호 또는 상기 제2 약제 분사 제어 신호가 수신되면, 상기 복수의 배터리 모듈을 부하로부터 분리하는, 에너지 저장 시스템.
  10. 삭제
  11. 제7항에 있어서,
    상기 배터리 제어 장치는,
    상기 복수의 지점 중 상기 설정된 값 이상의 온도가 감지된 지점의 개수가 제2 설정치 이상이고, 소정 시간 동안 적어도 하나의 셀의 셀 전압이 설정된 값 이상 강하되면, 화재가 발생한 것으로 판단하며,
    상기 제2 설정치는 상기 제1 설정치보다 작은, 에너지 저장 시스템.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 배터리 제어 장치는,
    상기 복수의 지점 중 제1 시간 동안의 온도 변화량이 설정된 값 이상인 지점의 개수가 제2 설정치 이상이고, 제2 시간 동안 적어도 하나의 셀의 셀 전압이 설정된 값 이상 강하되면, 화재가 발생한 것으로 판단하며,
    상기 제2 설정치는 상기 제1 설정치보다 작은, 에너지 저장 시스템.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 배터리 제어 장치는,
    상기 복수의 지점 중 상기 설정된 값 이상의 온도가 감지된 지점의 개수가 상기 제1 설정치 미만이고 제2 설정치 이상이면, 소정 시간 동안 상기 복수의 셀로부터 감지되는 셀 전압의 변화량에 기초하여 화재 발생을 검출하는, 에너지 저장 시스템.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 배터리 제어 장치는,
    상기 복수의 지점 중 상기 설정된 값 이상의 온도가 감지된 지점의 개수가 상기 제1 설정치 미만이면, 제1 시간 동안 상기 복수의 지점에서 감지되는 온도의 변화량 및 제2 시간 동안 상기 복수의 셀로부터 감지되는 셀 전압의 변화량에 기초하여 화재 발생을 검출하는, 에너지 저장 시스템.
  15. 배터리 모듈의 화재 감시 방법으로서,
    상기 배터리 모듈의 하우징 내부에 위치하는 복수의 온도 센서를 통해 서로 다른 복수의 지점의 온도를 감지하는 단계,
    상기 배터리 모듈에 포함된 복수의 셀의 셀 전압을 감지하는 단계, 그리고
    상기 복수의 지점에서 감지된 온도 및 상기 셀 전압에 기초하여 화재 발생을 검출하는 단계를 포함하며,
    상기 검출하는 단계는,
    상기 복수의 지점 중 설정된 값 이상의 온도가 감지된 지점의 개수가 제1 설정치 이상이면, 상기 배터리 모듈에 화재가 발생한 것으로 판단하는 단계, 및
    상기 복수의 지점 중 상기 설정된 값 이상의 온도가 감지된 지점의 개수가 상기 제1 설정치 미만인 상태에서는, 상기 복수의 지점에서 감지된 온도 및 상기 복수의 셀의 상기 셀 전압이 기 설정된 조건을 모두 만족하면 상기 배터리 모듈에 화재가 발생한 것으로 판단하는 단계를 포함하는, 화재 감시 방법.
  16. 삭제
  17. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 지점에서 감지된 온도 및 상기 복수의 셀의 상기 셀 전압이 기 설정된 조건을 모두 만족하면 상기 배터리 모듈에 화재가 발생한 것으로 판단하는 단계는,
    상기 복수의 지점 중 설정된 값 이상의 온도가 감지된 지점의 개수가 제2 설정치 이상이고, 소정 시간 동안 적어도 하나의 셀의 셀 전압이 설정된 값 이상 강하되면, 상기 배터리 모듈에 화재가 발생한 것으로 판단하는 단계를 포함하며,
    상기 제2 설정치는 상기 제1 설정치보다 작은, 화재 감시 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 지점에서 감지된 온도 및 상기 복수의 셀의 상기 셀 전압이 기 설정된 조건을 모두 만족하면 상기 배터리 모듈에 화재가 발생한 것으로 판단하는 단계는,
    상기 복수의 지점 중 제1 시간 동안의 온도 변화량이 설정된 값 이상인 지점의 개수가 제2 설정치 이상이고, 제2 시간 동안 적어도 하나의 셀의 셀 전압이 설정된 값 이상 강하되면, 상기 배터리 모듈에 화재가 발생한 것으로 판단하는 단계를 포함하며,
    상기 제2 설정치는 상기 제1 설정치보다 작은, 화재 감시 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 지점에서 감지된 온도 및 상기 복수의 셀의 상기 셀 전압이 기 설정된 조건을 모두 만족하면 상기 배터리 모듈에 화재가 발생한 것으로 판단하는 단계는,
    상기 복수의 지점 중 상기 설정된 값 이상의 온도가 감지된 지점의 개수가 상기 제1 설정치 미만이고 제2 설정치 이상이면, 소정 시간 동안 상기 복수의 셀로부터 감지되는 셀 전압의 변화량에 기초하여 상기 배터리 모듈의 화재 발생을 검출하는 단계를 더 포함하는, 화재 감시 방법.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 지점에서 감지된 온도 및 상기 복수의 셀의 상기 셀 전압이 기 설정된 조건을 모두 만족하면 상기 배터리 모듈에 화재가 발생한 것으로 판단하는 단계는,
    상기 복수의 지점 중 상기 설정된 값 이상의 온도가 감지된 지점의 개수가 상기 제1 설정치 미만이면, 제1 시간 동안 상기 복수의 지점에서 감지되는 온도의 변화량 및 제2 시간 동안 상기 복수의 셀로부터 감지되는 셀 전압의 변화량에 기초하여 상기 배터리 모듈의 화재 발생을 검출하는 단계를 더 포함하는, 화재 감시 방법.
  21. 제15항에 있어서,
    상기 배터리 모듈에서 화재 발생이 감지되면, 약제 분사 장치가 상기 배터리 모듈에 소화 약제를 분사하도록 화재 감지 신호를 출력하는 단계를 더 포함하는 화재 감시 방법.
KR1020210086516A 2021-07-01 2021-07-01 에너지 저장 시스템, 배터리 모듈 및 배터리 모듈의 화재 감시 방법 KR102649311B1 (ko)

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KR100986025B1 (ko) * 2010-02-04 2010-10-08 주식회사 창성에이스산업 다중 온도구현 및 비상제어 시스템
KR102045489B1 (ko) * 2019-05-09 2019-11-18 풍성에너지 (주) 화재예방장치를 포함하는 에너지저장장치, 및 에너지저장장치의 화재예방방법

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