KR20220049357A - 복수의 화재인자 검출에 기반한 에너지저장장치용 배터리팩 화재 모니터링 방법 및 에너지저장장치용 배터리팩 화재 모니터링 시스템 - Google Patents
복수의 화재인자 검출에 기반한 에너지저장장치용 배터리팩 화재 모니터링 방법 및 에너지저장장치용 배터리팩 화재 모니터링 시스템 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 에너지저장장치용 배터리팩에 대하여 화재가 발생할 수 있는 다양한 인자들의 검출을 통해 배터리팩의 화재와 이로 인한 열폭주를 예방할 수 있으며, 배터리팩의 에너지 저장을 위한 최적 동작 환경을 제공할 수 있는 복수의 화재인자 검출에 기반한 에너지저장장치용 배터리팩 화재 모니터링 방법 및 에너지저장장치용 배터리팩 화재 모니터링 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 에너지저장장치의 배터리팩 각각에 대한 화재인자를 검출하는 내부환경 화재인자 검출 단계; 상기 에너지저장장치의 외부 환경에 대한 화재인자를 검출하는 외부환경 화재인자 검출 단계; 상기 검출된 내부환경 화재인자 및 외부환경 화재인자의 검출 정보를 유무선 통신망을 통해 원격지의 관제서버로 전송하는 검출정보 전송 단계; 및 상기 검출된 내부환경 화재인자 및 외부환경 화재인자의 검출 정보를 무선 통신망을 통해 현장 관리자의 관리자 단말장치로 전송하는 관리자 모니터링 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지저장장치용 배터리팩 화재 모니터링 방법이 제공된다.
Description
본 발명은 복수의 화재인자 검출에 기반한 에너지저장장치용 배터리팩 화재 모니터링 방법 및 에너지저장장치용 배터리팩 화재 모니터링 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 에너지저장장치용 배터리팩에 대하여 화재가 발생할 수 있는 다양한 인자들의 검출을 통해 배터리팩의 화재와 이로 인한 열폭주를 예방할 수 있으며, 배터리팩의 에너지 저장을 위한 최적 동작 환경을 제공할 수 있는 복수의 화재인자 검출에 기반한 에너지저장장치용 배터리팩 화재 모니터링 방법 및 에너지저장장치용 배터리팩 화재 모니터링 시스템에 관한 것이다.
지속적인 산업의 발달과 소득의 증대로 인해 전기용품 사용이 증가함에 따라 전기의 사용량이 급격하게 증가하는 추세에 있으며, 냉방기를 주로 사용하는 여름철이나 온열기를 주로 사용하는 겨울철의 경우에는 전력 사용량의 급격한 증가로 인해 대규모 정전사고가 빈번히 일어나고 있는 상황이다.
이러한 부하의 지속적인 증대에 대응하기 위해 전력공급의 설비를 늘려야 한다는 목소리가 높아지고 있으나, 최대 부하에 대응하기 위해 전력설비를 증설할 경우, 하절기와 동절기를 제외한 시기의 유휴설비가 늘어나게 되어 설비이용률이 떨어지게 되며, 전력설비 증설 및 유지 등에 따른 금전적인 문제가 발생한다.
이와 같은 문제를 해결하기 위한 대책 중 하나의 배터리 시스템이 에너지저장시스템(Energy Storage System, 이하 약칭으로 ESS라 함)이다. ESS는 생산된 전력을 발전소, 변전소 및 송전선 등을 포함한 연계 시스템에 저장하고, 전력이 필요한 시기에 선택적으로 사용하여 에너지 효율을 극대화 시키는 시스템이다.
야간에 유휴전력을 저장하고 전력소모가 심한 주간에 저장된 전력을 사용하는 부하평준화(Load Leveling)를 통해 전력의 효율적인 사용이 가능하고, 스마트 그리드와 결합되면 기존 전력망에 정보기술(IT)이 응용되어 젼력공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 정보를 교환하여 ESS를 통해 필요한 시기에 전기에너지를 공급하는 것으로 에너지 효율을 증가시킬 수 있다.
ESS에서 가장 핵심적 요소는 에너지의 저장 기술이며, 그 중에서도 배터리가 주로 사용된다. ESS에 사용되는 배터리는 하나의 전지가 아닌 수많은 셀로 이루어져 있고, 셀이 모여 모듈(module)이 되고 모듈이 모여 팩(pack)이 되며, 이 팩이 모이면 랙(rack)이 되고, 최종적으로 랙이 여러 개 모여 시스템을 구성하게 된다.
이러한 시스템을 구성하는데 필요한 ESS 배터리랙은 팩 형태의 배터리모듈을 적층하여 수납하는 구조를 가지며, 일반적으로 배터리모듈의 손상을 방지하기 위한 안전장치가 구성되어 있다.
최근 신재생에너지에 대한 관심의 급증으로 인해 ESS 수요도 폭발적으로 늘고 있으며, ESS를 구성하는 배터리와 랙의 안전성에도 이목이 집중되고 있다.
ESS에 사용되는 에너지 충전 배터리는 주로 리튬이온 배터리가 사용된다.
리튬이온 배터리는 리튬이온이 양극과 음극을 오가며 충전 및 방전하는 화학적 저장장치로서 다른 종류의 배터리보다 빠르게 충전되고 출력 밀도가 높아 오랜 시간 사용이 가능하며, 상대적으로 부피가 작고 가벼우며, 완전 방전이 되지 않은 채 충전하면 본래의 구동시간보다 구동시간이 감소하는 메모리 효과가 없고, 친환경적이며 상대적으로 유지보수비용이 적다. 하지만, 여타의 배터리에 비교했을 때 화재에 취약하다는 단점이 존재한다.
배터리의 화재는 주로 배터리 셀의 열폭주 현상에 의해 발생된다.
열폭주(thermal runaway) 현상은 고도의 산화성 양극과 고도의 환원성 음극이 함께 만나 급속도로 스스로 발열하는 화학반응을 말한다.
열폭주 현상이 발생했을 때 배터리 셀은 저장된 에너지를 매우 빠르게 방출하게 되며, 배터리 셀에 충전된 에너지가 많을수록 열 폭주 반응이 더욱 활발하게 일어난다. 특히 리튬이온 배터리의 경우 다른 배터리보다 에너지 밀도가 높기 때문에 열 폭주 현상이 매우 활발하게 일어난다. 열폭주 현상의 원인으로는 과충전, 과방전, 내부단락사고, 단자접촉불량, 충전불량 등이 있다.
일반적으로 리튬이온 배터리 내부 온도가 170℃ 이상일 때 열 폭주가 발생하고 70℃ 이하 상태에서도 발열에 좋은 환경이 만들어지면 열 폭주가 1~2일 후 일어난다. 열 폭주 현상이 발생했을 때 리튬이온 배터리의 내부 압력이 증가하고 내부 전해액이 기화되며 이후 리튬이온 배터리가 팽창해 전해액이 분출되고, 백색 연기가 일어나며 600℃ 이상일 때 불타기 시작한다.
열폭주 현상으로 발생한 화재는 연소에 필요한 산소를 차단하더라도 배터리에 충전된 에너지를 모두 방출할 때까지 지속되며, 화재와 함께 일산화탄소(CO)와 아세틸렌(C2H2) 등의 유독성 가스가 다량 방출된다. 열폭주 현상은 과충방전, 내부단락 사고, 단자의 불량, 전해액의 농도, 충전불량 등에 의해 발생할 수 있다.
ESS에 사용되는 배터리모듈은 리튬이온 배터리 셀이 팩에 밀집되어 만들어지고, 각 단의 모듈이 상, 하로 적층되어 랙 모양의 저장형태를 갖추며, 배터리랙은 컨테이너 또는 룸(room)에 밀집하여 설치되기 때문에, 배터리모듈 1개의 화재가 ESS의 대형 화재로 확산되기 쉽다.
이와 같이 특정 배터리 시스템에 사고가 발생하여 열폭주가 발생하면 사고 셀 내부와 주위 온도가 급격히 상승하고 가스가 분출된다. 이때, 종래 화재 시스템은 온도와 가스 등을 검출하여 화재 발생을 감지하고 여러 가지의 소화 시스템을 작동시킨다.
그러나 일반적으로 ESS가 설치되는 공간은 항온과 항습을 위해 창을 두지 않아서 외부에서의 화재 진압이 어렵고, 내부에 소화설비가 설치되어 있으나 화재 발생 시 온도가 최대 1100℃에 이를 만큼 매우 강해 조기진압이 어렵다는 문제점이 있다.
IFC(international fire code)에서는 배터리 용량에 따라 일정한 이격 거리를 유지하도록 하여 화재 확산을 억제하는 지침을 권장하고 있다. 이러한 문제점을 해결하고자 특정 배터리 랙에서 화재가 발생한 경우 인접한 배터리 랙을 움직여서 일정한 이격 거리를 두는 방법이 제안되어 있다. 이러한 방법은 상당한 부피와 무게를 가지는 배터리 랙을 움직여야 하는 어려움이 있으며, 고정하기 어려워 지진과 같은 외부 영향에 매우 취약할 수밖에 없는 문제점이 있었다.
종래 기술을 살펴보면, 대한민국 공개특허공보 제10-2001-0028777호(전력축전지의 화재 확산 방지장치)와 대한민국 등록특허공보 제10-1706717호(에너지 저장시스템의 배터리팩 화재예방장치)가 개시되어 있다.
전력축전지의 화재 확산 방지장치는 복수의 층에 설치된 층간축전지에 난연성 스텐레스 소재의 방화용 층간 격판(12), 셀간 격판(21) 및 이면 격판(22)을 설치하여 배터리랙 내부로 화재가 확산되지 않도록 했으나, 사고 배터리 주변의 정상 배터리에 대한 화재 확산은 방지하지 못할 뿐만 아니라, 배터리랙 외부로의 화재 확산은 방지하지 못하는 문제가 있었다.
에너지 저장시스템의 배터리팩 화재예방장치는 복수의 배터리모듈이 상, 하로 적층되도록 배열되는 트레이(110)의 일측에 차단블록(600)이 설치되어, 배터리 모듈에 화재 발생 시 차단블록(600)의 단부가 트레이(110)의 내부로 진입되어 복수의 배터리 모듈을 구획되게 차단하는 것으로 화재가 주위의 배터리모듈로 확산되지 않도록 했으나, 차단블록(600)을 트레이(110)측으로 이동시키는 로드를 갖는 액추에이터(700)가 ESS 설치공간을 많이 삭감하고, 구조가 복잡하며, 트레이(110)의 일측이 개구되어 화재가 ESS 배터리랙의 외부에서 발생했을 때 배터리모듈을 보호하지 못하고, 배터리모듈의 연소로 발생되는 유독성 가스가 ESS 설치공간을 오염시키는 문제가 있었다.
또한, 이들 종래기술은 다양한 요인으로 인하여 배터리팩에서 발생할 수 있는 화재에 대하여 충분한 모니터링이 이루어지지 못하는 한계가 있었다.
따라서, 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 에너지저장장치용 배터리팩에 대하여 화재가 발생할 수 있는 다양한 인자들의 검출을 통해 배터리팩의 화재와 이로 인한 열폭주를 예방할 수 있는 복수의 화재인자 검출에 기반한 에너지저장장치용 배터리팩 화재 모니터링 방법 및 에너지저장장치용 배터리팩 화재 모니터링 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 배터리팩의 에너지 저장을 위한 최적 동작 환경을 제공할 수 있는 복수의 화재인자 검출에 기반한 에너지저장장치용 배터리팩 화재 모니터링 방법 에너지저장장치용 배터리팩 화재 모니터링 시스템을 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 본 발명의 목적들 및 다른 특징들을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 에너지저장장치의 배터리팩의 화재을 예방하도록 모니터링하기 위한 방법으로서, 에너지저장장치의 배터리팩 각각에 대한 화재인자를 검출하는 내부환경 화재인자 검출 단계; 상기 에너지저장장치의 외부 환경에 대한 화재인자를 검출하는 외부환경 화재인자 검출 단계; 상기 검출된 내부환경 화재인자 및 외부환경 화재인자의 검출 정보를 유무선 통신망을 통해 원격지의 관제서버로 전송하는 검출정보 전송 단계; 및 상기 검출된 내부환경 화재인자 및 외부환경 화재인자의 검출 정보를 무선 통신망을 통해 현장 관리자의 관리자 단말장치로 전송하는 관리자 모니터링 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지저장장치용 배터리팩 화재 모니터링 방법이 제공된다.
본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 내부환경 화재인자 검출 단계는, 상기 배터리팩의 온도를 검출하며, 상기 배터리팩의 전압과 전류를 측정하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 내부환경 화재인자 검출 단계는, 상기 배터리팩이 구비되는 공간의 습도를 검출하거나, 상기 에너지저장장치 또는 배터리팩의 진동을 검출하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 외부환경 화재인자 검출 단계는, 상기 에너지저장장치의 외부의 일사량을 측정하며, 상기 에너지저장장치의 외부의 대기중 온도를 측정하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 관제서버는 전송받은 정보를 빅데이터로 구축하여 화재가 발생하는 상황이나 상태를 학습하고, 학습된 결과에 기반하여 화재 발생 가능 정보를 관리자 단말장치로 전송하도록 이루어지며, 상기 관리자 모니터링 단계는 상기 검출 정보를 무선 통신망을 통해 관리자 단말장치로 전달하여 검출 정보를 기반하여 정보 표시와 함께 위험 및 경고의 상태를 알람하도록 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 검출 정보에 기반하여 상기 배터리팩 각각을 냉각시키도록 구성된 냉각모듈 통해 배터리팩을 냉각시키는 냉각 단계를 더 포함하며, 상기 냉각 단계는 배터리팩이 일정 온도를 유지하는 온도를 갖도록 냉각하도록 할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 에너지저장장치의 배터리팩의 화재을 예방하도록 모니터링하기 위한 시스템으로서, 에너지저장장치의 배터리팩 각각에 대한 내부환경 화재인자를 검출하도록 구성되는 내부환경 화재인자 검출부; 상기 에너지저장장치의 외부 환경에 대한 외부환경 화재인자를 검출하도록 구성되는 외부환경 화재인자 검출부; 상기 배터리팩 각각에 구성되어 그 배터리팩을 냉각시키도록 구성되는 냉각부; 상기 에너지저장장치에 구비되어 상기 내부환경 화재인자 및 외부환경 화재인자의 검출값에 기반하여 상기 냉각부를 제어하도록 구성되는 제어부; 상기 내부환경 화재인자 검출부 및 상기 외부환경 화재인자 검출부에서 검출된 검출 정보를 유무선 통신망을 통해 전송받는 원격지의 중앙관제센터의 관제서버; 및 상기 내부환경 화재인자 및 외부환경 화재인자의 검출 정보를 무선 통신망을 통해 전송받는 관리자 단말장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지저장장치용 배터리팩 화재 모니터링 시스템이 제공된다.
본 발명의 다른 관점에 있어서, 상기 내부환경 화재인자 검출부는, 상기 배터리팩의 온도를 검출하는 내부 온도센서와, 상기 배터리팩 각각 또는 상기 에너지저장장치의 입출력부에 구비되어 전압과 전류를 측정하도록 구성되는 전압/전류 측정모듈과, 상기 배터리팩이 구비되는 공간의 습도를 검출하는 습도 센서, 및 상기 배터리팩 또는 상기 에너지저장장치에서 발생하는 진동을 검출하는 진동 센서를 포함하며, 상기 외부환경 화재인자 검출부는, 상기 에너지저장장치의 외부의 일사량을 측정하는 일사량 측정 센서, 및 상기 에너지저장장치의 외부의 대기중 온도를 검출하는 외부 온도센서를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 있어서, 상기 관제서버는, 상기 내부환경 화재인자 검출부 및 상기 외부환경 화재인자 검출부의 검출 정보를 전송받고, 전송받은 정보를 빅데이터로 구축하여 화재가 발생 상황이나 상태를 학습하며, 학습된 결과에 기반하여 화재 발생 가능 정보를 상기 관리자 단말장치로 전송하도록 이루어지며, 상기 관리자 단말장치는, 그 관리자 단말장치에 설치된 관리 애플리케이션을 통해 전송받은 정보를 표시하고, 위험 및 경고를 표시 및 알람하도록 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 있어서, 상기 제어부는, 상기 배터리팩이 일정 온도를 유지하도록 상기 냉각부를 제어하는 제1 냉각 모드, 및 상기 내부환경 화재인자 검출부 및 외부환경 화재인자 검출부에서 검출된 검출값이 미리 설정된 설정값을 초과하는 경우, 상기 제1 냉각 모드보다 낮은 온도로 냉각시키도록 상기 냉각부를 제어하는 제2 냉각 모드를 실행하도록 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 복수의 화재인자 검출에 기반한 에너지저장장치용 배터리팩 화재 모니터링 방법 및 에너지저장장치용 배터리팩 화재 모니터링 시스템에 의하면 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 본 발명은 에너지저장장치의 배터리팩에서 화재가 발생할 수 있는 다양한 인자를 통해 모니터링 함으로써 배터리팩의 화재 예방을 보다 신뢰성 있게 행할 수 있는 효과가 있다.
둘째, 본 발명은 에너지저장장치의 배터리팩에 대한 신뢰성 있는 화재 예방으로 배터리팩의 화재, 특히 열폭주로 인한 전체 에너지저장장치의 전체 소실을 방지하여 경제적인 손실을 방지할 수 있는 효과가 있다.
셋째, 본 발명은 배터리팩의 에너지 저장을 위한 최적 동작 환경을 제공하여 에너지 저장효율을 유지 또는 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 복수의 화재인자 검출에 기반한 에너지저장장치용 배터리팩 화재 모니터링 방법을 개략적으로 나타내는 플로차트이다.
도 2는 본 발명에 따른 복수의 화재인자 검출에 기반한 에너지저장장치용 배터리팩 화재 모니터링 시스템의 구성을 도식화하여 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 복수의 화재인자 검출에 기반한 에너지저장장치용 배터리팩 화재 모니터링 시스템의 구성을 도식화하여 개략적으로 나타내는 구성도이다.
본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
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 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 복수의 화재인자 검출에 기반한 에너지저장장치용 배터리팩 화재 모니터링 방법 및 에너지저장장치용 배터리팩 화재 모니터링 시스템에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 복수의 화재인자 검출에 기반한 에너지저장장치용 배터리팩 화재 모니터링 방법에 대하여 도 1을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 복수의 화재인자 검출에 기반한 에너지저장장치용 배터리팩 화재 모니터링 방법을 개략적으로 나타내는 플로차트이다.
본 발명에 따른 복수의 화재인자 검출에 기반한 에너지저장장치용 배터리팩 화재 모니터링 방법은, 에너지저장장치의 배터리팩의 화재를 모니터링하기 위한 방법으로서, 크게 내부환경 화재인자 검출 단계(S100); 외부환경 화재인자 검출 단계(S200); 검출정보 원격지 전송 단계(S300); 및 관리자 모니터링 단계(S400);를 포함하며, 이에 더하여 냉각 단계(S500)를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 복수의 화재인자 검출에 기반한 에너지저장장치용 배터리팩 화재 모니터링 방법은, 에너지저장장치의 배터리팩의 화재를 모니터링하기 위한 방법으로서, 에너지저장장치에 구비되는 배터리팩 각각에 대한 화재인자를 검출하는 내부환경 화재인자 검출 단계(S100); 배터리팩이 구비된 에너지저장장치의 외부 환경에 대한 화재인자를 검출하는 외부환경 화재인자 검출 단계(S200); 상기 내부환경 화재인자 검출 단계(S100)에서 검출된 내부환경 화재인자 및 상기 외부환경 화재인자 검출 단계(S200)에서 검출된 검출 정보를 유무선 통신망을 통해 원격지의 중앙관제센터의 관제서버로 전송하는 검출정보 전송 단계(S300); 및 상기 내부환경 화재인자 검출 단계(S100)에서 검출된 내부환경 화재인자 및 상기 외부환경 화재인자 검출 단계(S200)에서 검출된 검출 정보를 무선 통신망을 통해 현장 관리자의 관리자 단말장치로 전송하는 관리자 모니터링 단계(S400);를 포함한다. 이에 더하여, 본 발명은 배터리팩의 냉각을 위한 냉각 단계(S500)를 더 포함할 수 있다.
상기 내부환경 화재인자 검출 단계(S100)는 에너지저장장치의 배터리팩 각각의 내부 환경에 대한 화재인자를 검출하는 것으로, 배터리팩 각각에 부착되는 온도센서(내부 온도센서)에 의해 배터리팩의 온도를 검출하며, 배터리팩 각각에 구비되는 전압/전류 측정모듈에 의해 배터리팩의 전압과 전류를 측정하는 것으로 이루어질 수 있다. 이에 더하여, 내부환경 화재인자 검출 단계(S100)는 배터리팩 각각에 구비되는 습도 센서를 통해 배터리팩이 구비되는 공간의 습도를 검출하는 것을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 내부환경 화재인자 검출 단계(S100)는 에너지저장장치의 배터리팩 각각에 구비되는 진동센서에 의해 배터리팩 또는 에너지저장장치에서 발생하는 진동을 검출하는 것을 포함한다.
상기 내부환경 화재인자로서, 배터리팩의 온도, 전압/전류 및 진동은 배터리팩에서 화재가 발생할 수 있는 직접적 및 간접적 요인이다.
계속해서, 상기 외부환경 화재인자 검출 단계(S200)는, 배터리팩이 구비된 에너지저장장치의 외부 환경에 대한 화재인자를 검출하는 것으로, 일사량 센서를 통해 에너지저장장치의 외부의 일사량을 측정하며, 온도센서(외부 온도센서)를 통해 대기중의 온도를 측정하는 것으로 이루어진다.
그리고 상기 검출정보 전송 단계(S300)는 상기 내부환경 화재인자 검출 단계(S100)에서 검출된 내부환경 화재인자 및 상기 외부환경 화재인자 검출 단계(S200)에서 검출된 검출 정보를 유무선 통신망을 통해 원격지의 중앙관제센터의 관제서버로 전송하는 것으로, 상기 온도센서(내부 온도센서, 외부 온도센서)와 전압/전류 측정모듈과 진동센서 및 일사량 센서 그리고 습도 센서에서 측정된 아날로그 신호를 디지털 변환모듈을 통해 디지털 데이터로 변환시켜 유무선 통신망을 통해 원격지의 중앙관제센터의 관제서버로 전송하도록 이루어진다.
또한, 상기 중앙관제센터의 관제서버에서는 전송받은 정보를 빅데이터로 구축하여 화재가 발생할 수 있는 상황이나 상태를 학습하고, 학습된 결과에 기반하여 화재 발생 가능 정보를 관리자 단말장치로 전송하여 현장 관리자가 이를 확인하고 점검할 수 있도록 한다.
다음으로, 상기 관리자 모니터링 단계(S400)는 상기 내부환경 화재인자 검출 단계(S100)에서 검출된 내부환경 화재인자 및 상기 외부환경 화재인자 검출 단계(S200)에서 검출된 검출 정보를 무선 통신망을 통해 현장 관리자의 관리자 단말장치로 전송하는 것으로, 상기 디지털 변환모듈을 통해 디지털 데이터로 변환된 데이터를 관리자 단말장치로 전송하며, 관리자 단말장치에 마련된 관리 애플리케이션에서는 상기 정보가 표시되고 위험 및 경고 등의 상태를 표시 및 알람하도록 이루어진다.
상기 관리자 단말장치에서는 관리 애플리케이션을 통해 배터리팩의 온도값, 전압값을 시간별/일사량/외부온도 등 환경 조건의 변화에 따라 비교 분석할 수 있도록 이루어진다.
다시 말해서, 상기 관리자 단말장치에서는 전송되는 정보에 기반하여 해당 정보의 각 검출값들이 미리 설정된 경계 범위나 위험값에 도달하는 경우, 해당 배터리팩의 위치(배터리팩1, 배터리팩 2 등)와 검출 정보(온도, 진동 등)를 표시하고, 음성이나 발광 등의 신호로 알람을 발생하도록 이루어진다.
한편, 본 발명은 상기 내부환경 화재인자 검출 단계(S100) 및 외부환경 화재인자 검출 단계(S200)에서 검출된 온도와 전압/전류와 진동 및 일사량의 검출값에 근거하여, 상기 배터리팩 각각을 냉각시키도록 구성된 냉각모듈을 통해 배터리팩을 냉각시키는 냉각 단계(S500)를 더 포함할 수 있다.
상기 냉각 단계(S500)에서 냉각 모듈은 배터리팩 각각에 대하여 유체가 흐를 수 있게 접촉 구성되어 물 및/또는 공기를 통한 수냉식 및/또는 공냉식으로 냉각시킬 수 있다.
특히, 상기 냉각 단계(S500)는 배터리팩의 에너지 저장 효율을 확보할 수 있는 온도인 15℃~35℃의 온도, 바람직하게는 26℃ 전후인 25℃~27℃의 온도를 유지하도록 내외부 환경의 온도와 습도 및 전압/전류의 값을 고려하여 냉각하도록 이루어질 수 있다.
이러한 냉각 단계(S500)는 배터리팩의 에너지 저장 효율을 확보할 수 있음과 아울러, 화재 예방에도 기여하게 된다.
다음으로, 본 발명에 따른 복수의 화재인자 검출에 기반한 에너지저장장치용 배터리팩 화재 모니터링 시스템에 대하여 도 2를 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 복수의 화재인자 검출에 기반한 에너지저장장치용 배터리팩 화재 모니터링 시스템의 구성을 도식화하여 개략적으로 나타내는 구성도이다.
본 발명에 따른 복수의 화재인자 검출에 기반한 에너지저장장치용 배터리팩 화재 모니터링 시스템은, 에너지저장장치의 배터리팩의 화재를 모니터링하기 위한 시스템으로서, 크게 내부환경 화재인자 검출부(100); 외부환경 화재인자 검출부(200); 원격지 관제서버(300); 및 관리자 단말장치(400);를 포함하며, 이에 더하여 냉각부(500), 및 제어부(600)를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 복수의 화재인자 검출에 기반한 에너지저장장치용 배터리팩 화재 모니터링 시스템은, 에너지저장장치의 배터리팩의 화재를 모니터링하기 위한 시스템으로서, 에너지저장장치의 배터리팩 각각의 내부 환경에 대한 화재인자를 검출하는 내부환경 화재인자 검출부(100); 배터리팩이 구비된 에너지저장장치의 외부 환경에 대한 화재인자를 검출하는 외부환경 화재인자 검출부(200); 상기 내부환경 화재인자 검출부(100)에서 검출된 내부환경 화재인자 및 상기 외부환경 화재인자 검출부(200)에서 검출된 검출 정보를 유무선 통신망을 통해 전송받는 원격지의 중앙관제센터의 관제서버(300); 및 상기 내부환경 화재인자 검출부(100)에서 검출된 내부환경 화재인자 및 상기 외부환경 화재인자 검출부(200)에서 검출된 검출 정보를 무선 통신망을 통해 현장의 관리자가 전송받는 관리자 단말장치(400);를 포함한다. 이에 더하여, 본 발명의 에너지저장장치용 배터리팩 화재 모니터링 시스템은, 배터리팩 각각에 구성되어 그 배터리팩을 냉각시키도록 구성되는 냉각부(500), 및 상기 에너지저장장치의 일측에 구성되어 상기 내부환경 화재인자 검출부(100)에서 검출된 내부환경 화재인자 및 상기 외부환경 화재인자 검출부(200)에서 검출된 검출값를 전달받아 상기 냉각부(500)를 제어하도록 구성되는 제어부(600)를 더 포함할 수 있다.
상기 내부환경 화재인자 검출부(100)는 에너지저장장치의 배터리팩 각각의 내부 환경에 대한 화재인자를 검출하기 위한 장치나 모듈로 구성되는 것으로, 배터리팩 각각에 구비되어 배터리팩의 온도를 검출하는 내부 온도센서(110)와, 상기 배터리팩 각각 및/또는 에너지저장장치의 입출력부에 구비되어 배터리팩의 전압과 전류 및/또는 에너지저장장치의 전압과 전류를 측정하도록 구성되는 전압/전류 측정모듈(120)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 내부환경 화재인자 검출부(100)는 배터리팩이 구비되는 공간에 구비되어 습도를 검출하는 습도 센서(130)을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 내부환경 화재인자 검출부(100)는 에너지저장장치의 배터리팩 각각 및/또는 배터리팩을 포함하는 에너지저장장치에 구비되어 배터리팩 및/또는 에너지저장장치에서 발생하는 진동을 검출하는 진동 센서(140)를 더 포함할 수 있다.
상기 내부환경 화재인자로서, 상기 배터리팩 및/또는 에너지저장장치의 온도, 전압/전류 및 진동은 배터리팩에서 화재가 발생할 수 있는 직접적 및 간접적 요인이 되므로, 이들 내부환경 화재인자를 종합적으로 검출함으로써 화재 발생 가능성을 예측하고 방지하게 된다.
계속해서, 상기 외부환경 화재인자 검출부(200)는, 배터리팩이 구비된 에너지저장장치의 외부 환경에 대한 화재인자를 검출하도록 구성되는 장치 또는 모듈로 구성되는 것으로, 에너지저장장치의 외부의 일사량을 측정하는 일사량 측정 센서(210), 및 에너지저장장치의 외부의 대기 중의 온도를 검출하는 외부 온도센서(220)를 포함한다.
그리고 상기 원격지의 중앙관제센터의 관제서버(300)는, 상기 내부환경 화재인자 검출부(100)에서 검출된 내부환경 화재인자 및 상기 외부환경 화재인자 검출부(200)에서 검출된 검출 정보를 유무선 통신망을 통해 전송받아 구축하고 이를 기반으로 모니터링하기 위한 구성부로서, 상기 내부 온도센서(110)와 전압/전류 측정모듈(120)과 습도 센서(130)와 진동센서(140) 및 일사량 센서(210) 및 외부 온도 센서(220)에서 측정된 아날로그 신호를 디지털 변환모듈을 통해 디지털 데이터로 변환된 측정 정보(또는 검출 정보)를 유무선 통신망을 통해 전송받게 된다.
또한, 상기 중앙관제센터의 관제서버(300)는 전송받은 정보를 빅데이터로 구축하여 화재가 발생할 수 있는 상황이나 상태를 학습하고, 학습된 결과에 기반하여 화재 발생 가능 정보를 관리자 단말장치(400)로 전송하여 현장 관리자가 이를 확인하고 점검할 수 있도록 한다.
다음으로, 상기 관리자 단말장치(400)는 상기 내부환경 화재인자 검출부(100)에서 검출된 내부환경 화재인자 및 상기 외부환경 화재인자 검출부(200)에서 검출된 검출 정보를 무선 통신망을 통해 전송받아 현장에서 실시간 모니터링할 수 있도록 하기 위한 구성부로서, 상기 디지털 변환모듈을 통해 디지털 데이터로 변환된 데이터를 전송받고, 그 관리자 단말장치(400)에 마련된 관리 애플리케이션을 통해 관리된다.
상기 관리 애플리케이션은 전송받은 정보를 표시되고 위험 및 경고 등의 상태를 표시 및 알람하도록 이루어진다.
상기 관리자 단말장치(400)의 관리 애플리케이션은 배터리팩의 온도값, 전압값을 시간별/일사량/외부온도 등 환경 조건의 변화에 따라 비교 분석할 수 있게 프로그래밍되어 구성되며, 중앙관제센터의 관제서버(300)와 연동하여 관제서버(300)로부터의 정보를 수신받아 관리할 수 있도록 이루어진다.
구체적으로, 상기 관리자 단말장치(400)의 관리 애플리케이션은 전송되는 정보에 기반하여 해당 정보의 각 검출값들이 미리 설정된 경계 범위나 위험값에 도달하는 경우, 해당 배터리팩의 위치(배터리팩1, 배터리팩 2 등)와 검출 정보(온도, 진동 등)를 표시하고, 음성이나 발광 등의 신호로 알람 발생시켜 관리자가 인지할 수 있도록 한다.
한편, 본 발명의 에너지저장장치용 배터리팩 화재 모니터링 시스템은, 상기 배터리팩 각각을 냉각시키도록 구성된 냉각부(500), 및 상기 에너지저장장치의 일측에 구성되어, 상기 내부환경 화재인자 검출부(100) 및 외부환경 화재인자 검출부(200)에서 검출된 온도(내외부 온도)와 전압/전류와 진동 및 일사량의 검출값에 근거하여 상기 냉각부(500)를 제어하도록 구성되는 제어부(600)를 더 포함한다.
상기 냉각부(500)는 배터리팩 각각에 대하여 열전도로 방열할 수 있게 냉각 유체가 흐르는 냉각판이 배터리팩 각각에 대하여 접촉되어 구성되며, 물 및/또는 공기의 냉각 유체를 통한 수냉식 및/또는 공냉식으로 냉각시킬 수 있다.
상기 제어부(500)는 배터리팩의 에너지 저장 효율을 확보할 수 있는 온도인 15℃~35℃의 온도, 바람직하게는 26℃ 전후인 25℃~27℃의 온도를 유지하도록 내외부 환경의 온도와 습도 및 전압/전류의 값을 고려하여 상기 냉각부(500)를 제어하도록 이루어진다.
또한, 상기 제어부(500)는 배터리팩의 에너지 저장 효율을 확보할 수 있는 온도인 15℃~35℃의 온도, 바람직하게는 26℃ 전후인 25℃~27℃의 온도를 유지하도록 하는 제1 냉각 모드, 및 상기 내부환경 화재인자 검출부(100) 및 외부환경 화재인자 검출부(200)에서 검출된 온도(내외부 온도)와 전압/전류와 진동 및 일사량의 검출값이 미리 설정된 설정값을 초과하는 경우, 상기 제1 냉각 모드보다 낮은 온도로 냉각시키도록 제어하는 제2 냉각 모드로 이루어질 수 있다.
이러한 상기 제어부(600)를 통한 냉각부(500)의 제어는 배터리팩의 에너지 저장 효율을 확보할 수 있음과 아울러, 화재도 예방할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 복수의 화재인자 검출에 기반한 에너지저장장치용 배터리팩 화재 모니터링 방법 및 에너지저장장치용 배터리팩 화재 모니터링 시스템에 의하면, 에너지저장장치의 배터리팩에서 화재가 발생할 수 있는 다양한 인자를 통해 모니터링 함으로써 배터리팩의 화재 예방을 보다 신뢰성 있게 행할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 에너지저장장치의 배터리팩에 대한 신뢰성 있는 화재 예방으로 배터리팩의 화재, 특히 열폭주로 인한 전체 에너지저장장치의 전체 소실을 방지하여 경제적인 손실을 방지할 수 있으며, 배터리팩의 에너지 저장을 위한 최적 동작 환경을 제공하여 에너지 저장효율을 유지 또는 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
S100: 내부환경 화재인자 검출 단계
S200: 외부환경 화재인자 검출 단계
S300: 검출정보 전송 단계
S400: 관리자 모니터링 단계
S500: 냉각 단계
100: 내부환경 화재인자 검출부
110: 내부 온도 센서
120: 전압/전류 측정 모듈
130: 습도 센서
140: 진동 센서
200: 외부환경 화재인자 검출부
210: 일사량 측정 센서
220: 외부 온도 센서
300: 원격지 관제서버
400: 관리자 단말장치
500: 냉각부
600: 제어부
S200: 외부환경 화재인자 검출 단계
S300: 검출정보 전송 단계
S400: 관리자 모니터링 단계
S500: 냉각 단계
100: 내부환경 화재인자 검출부
110: 내부 온도 센서
120: 전압/전류 측정 모듈
130: 습도 센서
140: 진동 센서
200: 외부환경 화재인자 검출부
210: 일사량 측정 센서
220: 외부 온도 센서
300: 원격지 관제서버
400: 관리자 단말장치
500: 냉각부
600: 제어부
Claims (10)
- 에너지저장장치의 배터리팩의 화재을 예방하도록 모니터링하기 위한 방법으로서,
에너지저장장치의 배터리팩 각각에 대한 화재인자를 검출하는 내부환경 화재인자 검출 단계;
상기 에너지저장장치의 외부 환경에 대한 화재인자를 검출하는 외부환경 화재인자 검출 단계;
상기 검출된 내부환경 화재인자 및 외부환경 화재인자의 검출 정보를 유무선 통신망을 통해 원격지의 관제서버로 전송하는 검출정보 전송 단계; 및
상기 검출된 내부환경 화재인자 및 외부환경 화재인자의 검출 정보를 무선 통신망을 통해 현장 관리자의 관리자 단말장치로 전송하는 관리자 모니터링 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는
에너지저장장치용 배터리팩 화재 모니터링 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 내부환경 화재인자 검출 단계는,
상기 배터리팩의 온도를 검출하며, 상기 배터리팩의 전압과 전류를 측정하는 것을 포함하는
에너지저장장치용 배터리팩 화재 모니터링 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 내부환경 화재인자 검출 단계는,
상기 배터리팩이 구비되는 공간의 습도를 검출하거나, 상기 에너지저장장치 또는 배터리팩의 진동을 검출하는 것을 포함하는
에너지저장장치용 배터리팩 화재 모니터링 방법.
- 제3항에 있어서,
상기 외부환경 화재인자 검출 단계는,
상기 에너지저장장치의 외부의 일사량을 측정하며, 상기 에너지저장장치의 외부의 대기중 온도를 측정하는 것을 포함하는
에너지저장장치용 배터리팩 화재 모니터링 방법.
- 제4항에 있어서,
상기 관제서버는 전송받은 정보를 빅데이터로 구축하여 화재가 발생하는 상황이나 상태를 학습하고, 학습된 결과에 기반하여 화재 발생 가능 정보를 관리자 단말장치로 전송하도록 이루어지며,
상기 관리자 모니터링 단계는 상기 검출 정보를 무선 통신망을 통해 관리자 단말장치로 전달하여 검출 정보를 기반하여 정보 표시와 함께 위험 및 경고의 상태를 알람하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는
에너지저장장치용 배터리팩 화재 모니터링 방법.
- 제4항에 있어서,
상기 검출 정보에 기반하여 상기 배터리팩 각각을 냉각시키도록 구성된 냉각모듈을 통해 배터리팩을 냉각시키는 냉각 단계를 더 포함하며,
상기 냉각 단계는 배터리팩이 일정 온도를 유지하는 온도를 갖도록 냉각시키는 것을 특징으로 하는
에너지저장장치용 배터리팩 화재 모니터링 방법.
- 에너지저장장치의 배터리팩의 화재을 예방하도록 모니터링하기 위한 시스템으로서,
에너지저장장치의 배터리팩 각각에 대한 내부환경 화재인자를 검출하도록 구성되는 내부환경 화재인자 검출부;
상기 에너지저장장치의 외부 환경에 대한 외부환경 화재인자를 검출하도록 구성되는 외부환경 화재인자 검출부;
상기 배터리팩 각각에 구성되어 그 배터리팩을 냉각시키도록 구성되는 냉각부;
상기 에너지저장장치에 구비되어 상기 내부환경 화재인자 및 외부환경 화재인자의 검출값에 기반하여 상기 냉각부를 제어하도록 구성되는 제어부;
상기 내부환경 화재인자 검출부 및 상기 외부환경 화재인자 검출부에서 검출된 검출 정보를 유무선 통신망을 통해 전송받는 원격지의 중앙관제센터의 관제서버; 및
상기 내부환경 화재인자 및 외부환경 화재인자의 검출 정보를 무선 통신망을 통해 전송받는 관리자 단말장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는
에너지저장장치용 배터리팩 화재 모니터링 시스템.
- 제7항에 있어서,
상기 내부환경 화재인자 검출부는, 상기 배터리팩의 온도를 검출하는 내부 온도센서와, 상기 배터리팩 각각 또는 상기 에너지저장장치의 입출력부에 구비되어 전압과 전류를 측정하도록 구성되는 전압/전류 측정모듈과, 상기 배터리팩이 구비되는 공간의 습도를 검출하는 습도 센서, 및 상기 배터리팩 또는 상기 에너지저장장치에서 발생하는 진동을 검출하는 진동 센서를 포함하며,
상기 외부환경 화재인자 검출부는, 상기 에너지저장장치의 외부의 일사량을 측정하는 일사량 측정 센서, 및 상기 에너지저장장치의 외부의 대기중 온도를 검출하는 외부 온도센서를 포함하는 것을 특징으로 하는
에너지저장장치용 배터리팩 화재 모니터링 시스템.
- 제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 관제서버는, 상기 내부환경 화재인자 검출부 및 상기 외부환경 화재인자 검출부의 검출 정보를 전송받고, 전송받은 정보를 빅데이터로 구축하여 화재가 발생 상황이나 상태를 학습하며, 학습된 결과에 기반하여 화재 발생 가능 정보를 상기 관리자 단말장치로 전송하도록 이루어지며,
상기 관리자 단말장치는, 그 관리자 단말장치에 설치된 관리 애플리케이션을 통해 전송받은 정보를 표시하고, 위험 및 경고를 표시 및 알람하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는
에너지저장장치용 배터리팩 화재 모니터링 시스템.
- 제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 배터리팩이 일정 온도를 유지하도록 상기 냉각부를 제어하는 제1 냉각 모드, 및 상기 내부환경 화재인자 검출부 및 외부환경 화재인자 검출부에서 검출된 검출값이 미리 설정된 설정값을 초과하는 경우, 상기 제1 냉각 모드보다 낮은 온도로 냉각시키도록 상기 냉각부를 제어하는 제2 냉각 모드를 실행하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는
에너지저장장치용 배터리팩 화재 모니터링 시스템.
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| KR1020200132895A KR20220049357A (ko) | 2020-10-14 | 2020-10-14 | 복수의 화재인자 검출에 기반한 에너지저장장치용 배터리팩 화재 모니터링 방법 및 에너지저장장치용 배터리팩 화재 모니터링 시스템 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115091959A (zh) * | 2022-07-18 | 2022-09-23 | 中国第一汽车股份有限公司 | 一种电池包预警系统、预警方法、车辆及存储介质 |
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2020
- 2020-10-14 KR KR1020200132895A patent/KR20220049357A/ko not_active Application Discontinuation
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