KR20220111453A - Ess 주수 모사 시스템 및 이를 이용한 ess 주수 모사 방법 - Google Patents

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KR20220111453A
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Abstract

본 발명은 ESS 주수 모사 시스템 및 이를 이용한 ESS 주수 모사 방법에 관한 것으로, ESS 와 유사한 화재 발생 상황을 모사하고, 화재 발생시 물과 전지 셀 내부 물질과의 반응을 분석할 수 있는 이점이 있다.

Description

ESS 주수 모사 시스템 및 이를 이용한 ESS 주수 모사 방법{ESS INJECTION SIMULATION SYSTEM AND ESS INJECTION SIMULATION METHOD USING THE SAME}
본 발명은 ESS 주수 모사 시스템 및 이를 이용한 ESS 주수 모사 방법에 관한 것이다.
일반적으로, ESS(Energy Storage System)는 발전소에서 과잉 생산된 전력을 저장해 두었다가 일시적으로 전력이 부족할 때 송전해주는 저장장치를 의미하며, 최근 들어서는 대규모 ESS 장치를 소형으로 구성하여 빌딩, 공장, 가정 등에서 정전 대비용 또는 피크 전력 감축용으로 사용하는 경우가 늘고 있다.
최근에는 전력 수급 불균형 등으로 인해 신재생 에너지에 대한 관심이 급격하게 증가하면서, ESS 를 통해 신재생 에너지를 활용해 생산된 전기를 저장하고 필요한 시간대에 활용하도록 하는 기술에 대한 개발이 지속적으로 이루어지고 있다.
특히, 최근 들어 새로 지어지는 공공건물에 대한 ESS 의 설치가 의무화되고, 민간건물 등에도 에너지 절감 차원에서 ESS 의 설치가 증가함에 따라 ESS 시장은 그 성장을 계속하고 있다.
건물 등에 ESS 를 설치하는 경우에는 ESS 의 배터리 랙에 에너지를 저장하는 배터리, 배터리를 관리하는 BMS, 전력을 변환하는 PCS 등을 수용하도록 하고, 이러한 배터리 랙을 지하실 등의 일정 공간에 수용하여 운용토록 하고 있다.
이때, 외부 온도가 높은 여름철에는 배터리 등에서 발생하는 많은 열에 의해 ESS 시스템의 온도가 과도하게 상승하게 되고, 이에 따라 화재가 발생할 수 있다. 한편, ESS 시스템의 경우 특정 배터리 셀에서 화재가 발생하면 해당 배터리 셀의 온도가 상승하게 되고, 주변에 위치한 배터리 셀로 빠르게 열전이(Thermal Propagation)가 되면서 대형화재로 이어진다. 최근에는 ESS 시스템 내 배터리 랙 상단에 설치된 연기 감지기를 통해 화재가 감지되면 배터리 모듈에 직접 물을 주입해 진압하는 주수 방식이 적용된 ESS 시스템의 개발이 이루어지고 있다.
이에, ESS 의 실제 화재 발생 상황을 모사하고, 화재 발생시 물과 전지 셀 내부 물질과의 반응을 분석할 수 있는 시스템 개발이 필요한 실정이다.
대한민국 공개특허 제2020-0046633호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전지 셀 단위에서 ESS 와 유사한 화재 발생 상황을 모사하고, 화재 발생시 물과 전지 셀 내부 물질과의 반응을 분석할 수 있는 ESS 주수 모사 시스템 및 이를 이용한 ESS 주수 모사 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 ESS(Energy Storage System) 주수 모사 시스템에 관한 것이다. 하나의 예에서, 본 발명에 따른 ESS 주수 모사 시스템은 내부에 액체가 수용되며, 전지 셀이 안착되는 수납부가 형성된 구조의 지그 바디와 전지 셀이 수납된 지그 바디의 일면에 접촉되어 전지 셀의 일부가 수용된 액체에 잠기도록 가압하는 지그 플레이트를 포함하는 전지 셀 지그; 및 전지 셀 지그에 수납되는 전지 셀에 열을 인가하는 가열 부재; 를 포함한다.
다른 하나의 예에서, 본 발명에 따른 ESS 주수 모사 시스템은 전지 셀의 폭발(explosion)시 발생되는 가스를 포집하는 가스 포집부; 를 포함한다. 이때, 본 발명에 따른 ESS 주수 모사 시스템은 가스 포집부와 연결되어, 가스 포집부에 포집된 가스를 분석하는 가스 분석부를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 전지 셀 지그의 지그 바디와 지그 플레이트는, 전지 셀을 개재한 상태에서, 볼트와 너트에 의해 체결되는 구조일 수 있다.
아울러, 상기 전지 셀 지그에 수납되는 전지 셀과 전기적으로 연결되는 충방전부를 더 포함할 수 있다.
하나의 예에서, 본 발명에 따른 ESS 주수 모사 시스템은 가열 부재의 온도를 제어하는 온도 제어부를 더 포함한다. 구체적인 예에서 상기 가열 부재는, 패드 형태이다. 상기 패드 형태의 가열 부재는, 전지 셀과 지그 플레이트 사이에 배치될 수 있다.
나아가, 상기 전지 셀 지그의 지그 바디와 지그 플레이트는, 알루미늄 및 알루미늄 합금으로부터 선택되는 하나 이상의 소재일 수 있다.
본 발명은 앞서 설명한 ESS 주수 모사 시스템을 이용한 ESS 주수 모사 방법을 제공한다. 하나의 예에서, 본 발명에 따른 ESS 주수 모사 방법은 전지 셀 지그에 수납된 전지 셀에 열을 인가하여, 전지 셀을 폭발(explosion) 시키는 단계; 및 전지 셀의 폭발시 발생되는 가스를 분석하는 단계; 를 포함한다.
다른 하나의 예에서, 상기 전지 셀을 폭발 시키는 단계는, 전지 셀을 충전하는 과정을 포함한다.
또 다른 하나의 예에서, 상기 전지 셀을 폭발 시키는 단계는, 전지 셀 지그에 수납된 전지 셀에 30 내지 300 ℃ 온도 범위의 열을 인가하는 과정을 포함한다.
아울러, 상기 전지 셀의 폭발시 발생되는 가스를 분석하는 단계는, 전지 셀의 폭발시 발생되는 가스와 수납부에 수용된 액체가 반응하는 과정을 포함하고, 상기 반응시 발생하는 가스를 분석하는 과정을 포함할 수 있다.
한편, 상기 전지 셀 지그에 수납되는 전지 셀은, 파우치형 전지 셀일 수 있다.
본 발명의 ESS 주수 모사 시스템 및 이를 이용한 주수 모사 방법에 따르면, 전지 셀 단위에서 ESS 의 화재 발생 상황을 용이하게 모사하고, 분석할 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 ESS 주수 모사 시스템의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 ESS 주수 모사 시스템의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 ESS 주수 모사 시스템의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 ESS 주수 모사 방법의 순서도이다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석 되어야만 한다.
본 발명은 ESS의 화재 발생 상황을 모사할 수 있는 ESS 의 주수 모사 시스템 및 이를 이용한 주수 모사 방법에 관한 것이다.
하나의 예에서, 본 발명에 따른 ESS 주수 모사 시스템은 내부에 액체가 수용되며, 전지 셀이 안착되는 수납부가 형성된 구조의 지그 바디와 전지 셀이 수납된 지그 바디의 일면에 접촉되어 전지 셀의 일부가 수용된 액체에 잠기도록 가압하는 지그 플레이트를 포함하는 전지 셀 지그; 및 전지 셀 지그에 수납되는 전지 셀에 열을 인가하는 가열 부재를 포함한다.
구체적인 예에서, 본 발명에 따른 ESS 주수 모사 시스템 및 이를 이용한 주수 모사 방법은 액체가 수용된 전지 셀 지그에 전지 셀을 수납한 후, 상기 전지 셀에 열을 인가하여 전지 셀을 폭발(Explosion) 시킴으로써 ESS의 화재 발생 상황을 모사할 수 있다. 특히, 상기 전지 셀은 폭발에 의하여 전지 셀 내부의 액체, 기체 또는 연기 등의 구성 요소들이 방출될 수 있으며, 상기 구성 요소들은 전지 셀 지그 내에 수용되는 액체와 추가의 반응이 일어날 수 있다.
한편, 통상적인 ESS의 주수 시스템은 연기 감지기를 통해 화재가 감지되면, 해당 배터리 모듈에 직접 물을 주입해 진압하는 방식이 적용되는데, 본 발명은 이러한 주수 방식을 모사하기 위하여, 전지 셀이 수납되는 전지 셀 지그의 수납부에 액체를 수용하고, 전지 셀의 일부가 상기 액체에 잠기도록 설정하였다. 나아가, 본 발명에 따른 ESS 주수 모사 시스템은 전지 셀의 폭발 시 전지 셀 지그에 수납된 액체가 전지 셀 내부로 투입되며, 이는 ESS 의 주수 작용시 화재 진압을 위해 제공되는 물과 전지 셀의 폭발에 의해 방출되는 전지 셀 내부의 구성 요소들 간의 반응을 모사하기 위한 것이다.
본 발명에서, "폭발(explosion)" 이라 함은, 전지 셀이 급작스럽게 개방되어 내부의 주요 구성 요소들이 방출되는 현상을 의미한다. 예를 들면, 전지 셀이 급작스럽게 개방되어, 전지 셀 내부의 액체, 기체 및 연기가 분출되는 현상을 의미할 수 있다.
본 발명에서, 평가 대상이 되는 "전지 셀"은, 이차 전지로서, 파우치형 이차 전지, 원통형 이차 전지 또는 각형 이차 전지 중 어느 하나일 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 전지 셀이 파우치형 이차 전지인 것으로 한정하여 설명한다. 나아가, 상기 전지 셀은 만충전 상태(SOC 100%)의 전지 셀일 수 있다. 일반적으로, 전지 셀은 고온, 만충전 등에 의해 발화 내지 폭발의 위험성이 있으므로, 본 실시예에서는 ESS의 화재 발생 모사를 위하여 만충전 상태의 전지 셀을 사용할 수 있다.
이하, 도면을 통해 본 발명에 따른 ESS 주수 모사 시스템 및 이를 이용한 ESS 주수 모사 방법을 상세하게 설명한다.
<제1 실시형태>
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 ESS 주수 모사 시스템의 모식도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 ESS 주수 모사 시스템(100)은 내부에 액체가 수용되며, 전지 셀(10)이 안착되는 수납부(1111)가 형성된 구조의 지그 바디(111)와 전지 셀(10)이 수납된 지그 바디(1111)의 일면에 접촉되어 전지 셀(10)의 일부가 수용된 액체에 잠기도록 가압하는 지그 플레이트(112)를 포함하는 전지 셀 지그(110) 및 전지 셀 지그(110)에 수납되는 전지 셀(10)에 열을 인가하는 가열 부재(12)를 포함하여 구성된다.
여기서, 전지 셀(10)은, 이차 전지로서, 파우치형 이차 전지, 원통형 이차 전지 또는 각형 이차 전지 중 어느 하나일 수 있다. 이하, 본 실시예에서는, 상기 전지 셀(10)이 파우치형 이차 전지인 것으로 한정하여 설명한다.
아울러, 평가 대상이 되는 전지 셀(10)의 충전량(SOC)은 80 내지 100% 일 수 있으며, 예를 들면, 만충전 상태(SOC 100%)의 전지 셀일 수 있다. 일반적으로, 전지 셀은 고온, 만충전 등에 의해 발화 내지 폭발의 위험성이 있으므로, 본 실시예에서는 ESS의 화재 발생 모사를 위하여 만충전 상태의 전지 셀을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 ESS 주수 모사 시스템(100)의 전지 셀 지그(110)는 내부에 액체가 수용되며, 전지 셀(10)이 안착되는 수납부(1111)가 형성된 구조의 지그 바디(111)와 전지 셀(10)이 수납된 지그 바디(111)의 일면에 접촉되어 전지 셀(10)의 일부가 수용된 액체에 잠기도록 가압하는 지그 플레이트(112)를 포함하여 구성된다. 상기 지그 바디(111)는 ESS의 주수 형태를 모사할 수 있도록 내부에 액체를 수용하고, 전지 셀(10)을 수납할 수 있도록 공간이 마련되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 지그 바디(111)는 내부에 평가 대상이 되는 전지 셀(10)을 수용할 수 있도록, 전지 셀(10)의 크기 보다 큰 공간이 형성된 구조의 수납부(1111)가 형성된다. 그리고, 상기 수납부(1111)는 그 높이 또한 평가 대상이 되는 전지 셀(10)의 높이 보다 높게 형성된 구조일 수 있다.
아울러, 지그 플레이트(112)는 지그 바디(111)의 일면에 적층될 수 있다. 구체적으로, 상기 지그 플레이트(112)는 플레이트 형태로, 지그 바디(111)에 수납된 전지 셀(10)을 가압하는 역할을 한다. 구체적인 예에서, 전지 셀 지그(110)의 지그 바디(111)와 지그 플레이트(112)는 전지 셀(10)을 사이에 두고 가압하는 구조로, 전지 셀(10)을 개재한 상태에서, 볼트(131)와 너트(132)에 의해 체결된 구조이다. 이때, 지그 바디(111)와 지그 플레이트(112)는 절연성 소재일 수 있으며, 통상적인 알루미늄 소재일 수 있다.
참고로, 전지 셀 지그(110)에 수납되는 전지 셀(10)은 지그 바디(111)와 지그 플레이트(112)에 의한 가압에 의하여 ESS 또는 전지 모듈과 유사한 환경을 구현할 수 있다.
나아가, 전지 셀 지그(110)의 지그 바디(111)에 수용되는 액체는 전지 셀의 화재 또는 폭발시 전지 셀 내부의 구성요소들과 반응을 관찰하기 위한 액체가 수용될 수 있으며, 통상적인 주수 시스템에서 사용되는 액체가 수용될 수 있다. 지그 바디(111)에는 물, 냉각수, 증발성 액체, 알칼리수, 소화약제가 함유된 물 등의 액체가 수용될 수 있다. 예를 들면, 상기 지그 바디(111)에는 물이 수용될 수 있다.
한편, 상기 지그 바디(111)에 전지 셀(10)이 수납될 때, 전지 셀(10)의 두께 중 50% 이상이 상기 액체에 잠기도록 설정할 수 있다. 예컨대, 전지 셀 지그(110)에 수납된 전지 셀(10)에 열을 인가하면, 전지 셀(10)의 실링 부분인 전극 리드와 연결된 부분이 벤트(vent)되는데, 이때, 상기 액체가 상기 전지 셀(10)이 벤트된 영역으로 투입되도록 하기 위함이다. 이를 위하여, 지그 바디(111)의 수납부(1111)에도 소정량의 액체가 수용되는 것이 바람직하다. 구체적인 예에서, 지그 바디(111)의 수납부(1111)에는 해당 전지 셀(10) 두께의 50 % 이상의 액체가 수용될 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 ESS 주수 모사 시스템(100)은 전지 셀(10)에 열을 인가하는 가열 부재(120)를 포함한다. 보다 구체적으로, 본 발명에 따른 ESS 주수 모사 시스템(100)에서, 상기 가열 부재(120)는 전지 셀(10)에 열을 인가하여, 전지 셀(10)을 폭발(explosion) 시킴으로써 실제 ESS 의 화재 발생 상황을 모사할 수 있다.
여기서, "폭발(explosion)" 이라 함은, 전지 셀(10)이 급작스럽게 개방되어 내부의 주요 구성 요소들이 방출되는 현상을 의미한다. 예를 들면, 전지 셀(10)이 급작스럽게 개방되어, 전지 셀(10) 내부의 액체, 기체 및 연기가 분출되는 현상을 의미할 수 있다.
상기 가열 부재(120)는 패드 형태이며, 지그 바디(111)에 수납된 전지 셀(10)과 지그 플레이트(112) 사이에 배치된다. 구체적으로, 상기 가열 부재(120)의 일면은 지그 바디(111)에 수납된 전지 셀(10)과 접하도록 배치되고, 가열 부재(120)의 타면은 지그 플레이트(112)의 내측면과 접하도록 배치될 수 있다. 상기 패드 형태의 가열 부재(120)는 전지 셀(10)과 접하는 면이 금속 소재를 포함할 수 있다. 아울러, 가열 부재(120)는 전지 셀(10)과 접하는 면이 알루미늄 또는 알루미늄 합금 등의 다양한 금속 소재를 포함할 수 있으며, 상기 금속 소재 내부에 열선이 내장된 구조일 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 ESS 주수 모사 시스템(100)은 가열 부재(120)의 온도를 제어하는 온도 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 온도 제어부는 가열 부재(120)와 전기적으로 연결되어, 상기 가열 부재(120)에 인가되는 온도를 제어할 수 있다. 상기 가열 부재(120)에 인가되는 온도는 평가 대상 전지 셀(10)의 종류나 충전량 등에 따라서 변경될 수 있으나, 30 내지 300 ℃ 의 온도 범위 내에서 조절될 수 있다.
본 발명에 따른 ESS 주수 모사 시스템(100)은 상술한 구성에 의하여, 액체가 수용된 전지 셀 지그(110)에 전지 셀(10)을 수납한 후, 상기 전지 셀(10)에 열을 인가하여 전지 셀(10)을 폭발(Explosion) 시킴으로써 ESS의 화재 발생 상황을 모사할 수 있다.
<제2 실시형태>
도 2는 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 ESS 주수 모사 시스템의 모식도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 ESS 주수 모사 시스템(200)은 가스 포집부(240)를 포함한다.
본 발명에 따른 ESS 주수 모사 시스템(200)은 액체가 수용된 전지 셀 지그(210)에 전지 셀(20)을 수납한 후, 전지 셀(20)에 열을 인가하여 전지 셀(20)을 폭발 시킴으로써 ESS의 화재 발생 상황을 모사할 수 있다. 이때, 전지 셀(20)은 폭발에 의하여 전지 셀(20) 내부의 액체, 기체 또는 연기 등의 구성 요소들이 방출될 수 있으며, 상기 구성 요소들은 전지 셀 지그(210) 내에 수용되는 액체와 추가의 반응이 일어날 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 ESS 주수 모사 시스템(200)은 전지 셀(20)의 폭발시 발생되는 가스를 포집하는 가스 포집부(240)를 포함한다. 구체적인 예에서, 상기 가스 포집부(240)는 전지 셀(20)의 폭발시 발생되는 가스와 지그 바디(211)의 수납부(2111)에 수용된 액체의 반응에 의해서 발생되는 가스를 포집하기 위한 구성일 수 있다. 예를 들면, 가열 부재(220)를 이용하여 전지 셀 지그(210)에 수납된 전지 셀(20)에 열을 인가하면, 전지 셀(20)의 실링 부분, 즉, 전극 리드와 연결된 부분이 벤트(vent)된다. 그리고, 상기 전지 셀(20)의 벤트된 부위를 통해서 상기 전지 셀(20) 내부에는 지그 바디(211)에 수용된 액체가 들어갈 수 있으며, 상기 전지 셀(20) 내부의 구성요소들과 액체는 반응하게 되어 가스가 발생할 수 있다. 그리고, 상기 발생된 가스는 가스 포집부(240)에 포집될 수 있다.
상기 가스 포집부(240)는 전지 셀(20)의 폭발시 발생되는 가스를 포집하기 위한 것으로, 통상적인 가스 포집 장치일 수 있다. 그리고, 상기 가스 포집부(240)는 챔버(chamber)를 포함할 수 있으며, ESS 주수 모사가 수행되는 공간 또는 전지 셀 지그(210)의 내부 공간은 상기 챔버와 유체 연결된 구조일 수 있다. 예를 들어, 상기 전지 셀 지그(210)는 닫힌 공간에서 ESS 주수 모사 과정을 수행할 수 있으며, 상기 공간은 가스 포집부(240)의 챔버와 유체 연결될 수 있다. 나아가, 상기 가스 포집부(240)는 챔버 내부를 진공 상태로 조성할 수 있으며, 상기 ESS 주수 모사 과정이 진행되는 공간과 압력차를 이용하여 발생된 가스를 원할하게 흡인할 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 ESS 주수 모사 시스템(200)은 가스 포집부(240)에 포집된 가스를 분석하는 가스 분석부(241)를 더 포함할 수 있다. 상기 가스 분석부(241)는 일반적으로 알려진 가스 분석법에 의해 정성 분석이 수행되는 분석장치일 수 있다. 예컨대, 상기 가스 분석부(241)는 질량분석기나 크로마토그래프에 의해 분석될 수 있으며, 이에 한정되지 않고 가스 분석의 정확성 또는 정밀성을 높이기 위해 다른 분석장치나 방법들이 사용될 수 있음은 물론이다.
<제3 실시형태>
도 3은 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 ESS 주수 모사 시스템의 모식도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 ESS 주수 모사 시스템(300)은 전지 셀 지그(310)에 수납되는 전지 셀(30)과 전기적으로 연결되는 충방전부(350)를 더 포함한다.
상기 충방전부(350)는 평가 대상이 되는 전지 셀(30)의 폭발을 유도하기 위한 것이다. 예컨대, 평가 대상이 되는 전지 셀(30)은 만충전 상태의 전지 셀 일 수 있으나, 전지 셀(30)의 폭발을 과속화 하기 위하여 충방전부(350)를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 충방전부(350)는, 전지 셀(30)로 충전 전원을 공급하거나, 전지 셀(30)로부터 방전 전원을 공급받을 수 있다. 여기서, 전지 셀(30)로 충전 전원을 공급한다는 것은 반드시 전지 셀(30)을 완충시키기 위한 정도의 충분한 전원을 공급한다는 의미로 한정되는 것은 아니다. 전지 셀(30)로부터 방전 전원을 공급받는다는 의미도 마찬가지로 사용될 수 있으므로 반복된 설명은 생략하도록 한다.
<제4 실시형태>
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 ESS 주수 모사 방법의 순서도이다. 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 ESS 주수 모사 방법은 전지 셀 지그에 수납된 전지 셀에 열을 인가하여, 전지 셀을 폭발(explosion) 시키는 단계(S10) 및 전지 셀의 폭발시 발생되는 가스를 분석하는 단계(S20)를 포함한다.
본 발명에 따른 ESS 주수 모사 방법은 앞서 설명한 ESS 주수 모사 시스템을 이용하는 것으로, 전지 셀에 열을 인가하여 전지 셀을 폭발(Explosion) 시킴으로써 ESS의 화재 발생 상황을 모사하고, 이때 발생되는 가스를 분석하기 위함이다.
한편, 평가 대상이 되는 전지 셀은 만충전 상태(SOC 100%)의 전지 셀일 수 있다. 일반적으로, 전지 셀은 고온, 만충전 등에 의해 발화 내지 폭발의 위험성이 있으므로, 본 실시예에서는 ESS의 화재 발생 모사를 위하여 만충전 상태의 전지 셀을 사용할 수 있다.
다만, 상기 전지 셀의 폭발을 과속화 하기 위하여, 전지 셀을 폭발 시키는 단계(S10)에서 전지 셀을 충전하는 과정을 더 포함할 수 있다. 구체적인 예에서, 상기 전지 셀을 충전하는 과정은 전지 셀을 과충전 시킬 수 있다. 예컨대, 상기 단계에서, 전지 셀이 폭발시까지 과충전을 수행할 수 있다.
상기 전지 셀을 폭발 시키는 단계(S10)는, 전지 셀 지그에 수납된 전지 셀에 30 내지 300 ℃ 온도 범위의 열을 인가하는 과정을 포함한다. 구체적인 예에서, 전지 셀에 인가되는 온도는 평가 대상이 되는 전지 셀의 종류나 충전량 등에 따라서 변경될 수 있으나, 30 내지 300 ℃ 의 온도 범위 내에서 조절될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 전지 셀에 인가되는 온도는 30 내지 300 ℃, 40 내지 200 ℃, 50 내지 150 ℃, 60 내지 100 ℃, 범위일 수 있으며, 또는 70 내지 80 ℃ 범위일 수 있다.
나아가, 상기 전지 셀의 폭발시 발생되는 가스를 분석하는 단계(S20)는, 전지 셀의 폭발시 발생되는 가스와 수납부에 수용된 액체가 반응하는 과정을 포함하고, 상기 반응 과정에서 발생하는 가스를 분석하는 과정을 포함할 수 있다.
예를 들면, 평가 대상이 되는 전지 셀에 열을 인가하면, 전지 셀의 실링 부분, 즉, 전극 리드와 연결된 부분이 벤트(vent)된다. 그리고, 상기 전지 셀(20)의 벤트된 부위를 통해서 상기 전지 셀 내부에는 지그 바디에 수용된 액체가 들어갈 수 있으며, 상기 전지 셀 내부의 구성요소들과 액체는 반응하게 되어 가스가 발생할 수 있다. 그리고, 상기 발생된 가스는 가스 포집부에 포집된 후, 질량분석기나 크로마토그래프 등과 같은 가스 분석부에서 반응 가스 등을 분석할 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않고 가스 분석의 정확성 또는 정밀성을 높이기 위해 다른 분석장치나 방법들이 사용될 수 있음은 물론이다.
본 발명에 따른 ESS 주수 모사 시스템 및 이를 이용한 주수 모사 방법은 액체가 수용된 전지 셀 지그에 전지 셀을 수납한 후, 상기 전지 셀에 열을 인가하여 전지 셀을 폭발(Explosion) 시킴으로써 ESS의 화재 발생 상황을 모사할 수 있다. 나아가, 상기 전지 셀의 폭발시 발생하는 가스 또는 전지 셀 내부의 구성요소와 액체와의 반응에 의해서 발생되는 가스를 용이하게 분석할 수 있다.
이상, 도면과 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하였다. 그러나, 본 명세서에 기재된 도면 또는 실시예 등에 기재된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
10, 20, 30: 전지 셀
100, 200, 300: ESS 주수 모사 시스템
110, 210, 310: 전지 셀 지그
111, 211, 311: 지그 바디
1111, 2111: 수납부
112, 212, 312: 지그 플레이트
120, 220, 320: 가열 부재
131: 볼트
132: 너트
240: 가스 포집부
241: 가스 분석부
350: 충방전부

Claims (14)

  1. 내부에 액체가 수용되며, 전지 셀이 안착되는 수납부가 형성된 구조의 지그 바디와 전지 셀이 수납된 지그 바디의 일면에 접촉되어 전지 셀의 일부가 수용된 액체에 잠기도록 가압하는 지그 플레이트를 포함하는 전지 셀 지그; 및
    전지 셀 지그에 수납되는 전지 셀에 열을 인가하는 가열 부재; 를 포함하는 ESS(Energy Storage System) 주수 모사 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    전지 셀의 폭발(explosion)시 발생되는 가스를 포집하는 가스 포집부; 를 포함하는 ESS 주수 모사 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    가스 포집부와 연결되어, 가스 포집부에 포집된 가스를 분석하는 가스 분석부를 더 포함하는 ESS 주수 모사 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    지그 바디와 지그 플레이트는, 전지 셀을 개재한 상태에서, 볼트와 너트에 의해 체결되는 구조인 ESS 주수 모사 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    전지 셀 지그에 수납되는 전지 셀과 전기적으로 연결되는 충방전부를 더 포함하는 ESS 주수 모사 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    가열 부재의 온도를 제어하는 온도 제어부를 더 포함하는 ESS 주수 모사 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    가열 부재는, 패드 형태이며,
    상기 패드 형태의 가열 부재는, 전지 셀과 지그 플레이트 사이에 배치되는 구조인 ESS 주수 모사 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    전지 셀 지그의 지그 바디와 지그 플레이트는, 알루미늄 및 알루미늄 합금으로부터 선택되는 하나 이상의 소재인 것을 특징으로 하는 ESS 주수 모사 시스템.
  9. 제 1 항에 따른 ESS 주수 모사 시스템을 이용한 ESS 주수 모사 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    전지 셀 지그에 수납된 전지 셀에 열을 인가하여, 전지 셀을 폭발(explosion) 시키는 단계; 및
    전지 셀의 폭발시 발생되는 가스를 분석하는 단계; 를 포함하는 ESS 주수 모사 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    전지 셀을 폭발 시키는 단계는, 전지 셀을 충전하는 과정을 포함하는 ESS 주수 모사 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    전지 셀을 폭발 시키는 단계는, 전지 셀 지그에 수납된 전지 셀에 30 내지 300 ℃ 온도 범위의 열을 인가하는 과정을 포함하는 ESS 주수 모사 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    전지 셀의 폭발시 발생되는 가스를 분석하는 단계는, 전지 셀의 폭발시 발생되는 가스와 수납부에 수용된 액체가 반응하는 과정을 포함하고, 상기 반응 과정에서 발생하는 가스를 분석하는 과정을 포함하는 ESS 주수 모사 방법.
  14. 제 10 항에 있어서,
    전지 셀 지그에 수납되는 전지 셀은, 파우치형 전지 셀인 것을 특징으로 하는 ESS 주수 모사 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20210025771A1 (en) * 2018-10-25 2021-01-28 Lg Chem, Ltd. Explosion pressure prediction system for medium- and large-size cell module, and method for predicting explosion pressure of medium- and large-size cell module

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200046633A (ko) 2018-10-25 2020-05-07 주식회사 엘지화학 중대형 셀 모듈의 폭발 압력 예측 시스템 및 이를 이용한 중대형 셀 모듈의 폭발 압력 예측 방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200046633A (ko) 2018-10-25 2020-05-07 주식회사 엘지화학 중대형 셀 모듈의 폭발 압력 예측 시스템 및 이를 이용한 중대형 셀 모듈의 폭발 압력 예측 방법

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210025771A1 (en) * 2018-10-25 2021-01-28 Lg Chem, Ltd. Explosion pressure prediction system for medium- and large-size cell module, and method for predicting explosion pressure of medium- and large-size cell module
US11959818B2 (en) * 2018-10-25 2024-04-16 Lg Energy Solution, Ltd. Explosion pressure prediction system for medium- and large-size cell module, and method for predicting explosion pressure of medium- and large-size cell module

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