KR20220145014A - 화염을 외부로 유도하는 에너지 저장 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에너지 저장 장치용 배터리 카트리지에 관한 것으로서, 상세하게는
복수(소집단)의 배터리를 수용한 카트리지를 제공하되, 본 발명에서는 복수의 배터리가 수용된 카트리지 복수를 연이어 연결할 수 있는 카트리지를 제공한다.
구성은,
복수의 배터리(20) 하나의 카트리지(100)에 있어서,
상기 카트리지(100) 측면에 복수의 카트리지(100)가 연이어 끼워지는 착탈홈(110)을 형성하고,
상기 복수의 배터리(20) 사이에 여러가지 이유로 배터리(20) 측벽이 부풀어 오를 경우 압박을 받아 수축하는 에어백(120)과 상기 에어백(120)과 에어관(130)으로 연통되어 설치된 에어실린더(140)와,
상기 에어실린더(140)의 로드(140a)에 압박을 받으면 센싱에 의해 센서(150)를 설치한 구성이다.

Description

화염을 외부로 유도하는 에너지 저장 장치{Energy storage system}
본 발명은 화염(火焰)을 외부로 유도하는 에너지 저장 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 복수의 에너지 저장 장치는 복수의 배터리를 수용하는 카트리지와 상기 카트리지 복수를 수용하는 트레이 상기 트레이의 복수를 적층시켜 랙에 수용하는 구성이다.
이러한 구성중에서 트레이 일측에 상기 트레이 내부에서 발생한 화염이 상기 트레이 일측을 지나 랙 외부로 배출되도록 하여 나머지 복수의 트레이로 화염이 번지지 않도록 하는 기술을 제공한다. 즉 화재가 발생한 트레이 내부만 전소되도록 하고 나머지 트레이는 보호하기 위함이다.
본 발명자는 2019년 10월 08일자 에너지 저장 장치용 배터리 카트리지에 관한 기술을 등록결정을 받았다(등록번호10-2231212) 이와 같은 기술로 하여금 더욱 진보된 기술을 제공하고자 한다.
따라서 본원에 의해 선등록된 기술을 참고용으로 일부 인용한다.
또, 일반적으로 에너지 저장 장치는 수개의 배터리를 연이어 결선시켜 함체에 수용하는데 이 함체가 지진에 의해 변형, 지반침하로 인한 함체내의 이상 현상이 발생할 경우 배터리 결선부분이 접지가 헐거워지는 경우 그 접지부분에서 아크가 발생하여 화재로 이어진다. 이 경우를 감안하여 안출된 것으로서,
에너지 저장 시스템(ESS : Energy Storage System)은 에너지를 배터리처럼 저장해서 언제든 꺼내 쓸 수 있는 저장 장치를 의미하는 것으로, 지금까지의 전기에너지는 생산과 저장의 차이가 있으므로 전기에너지를 사용하는데 있어서 생산이 함께 움직여줘야 하는데 ESS는 에너지를 효과적으로 저장해 사용하기 위한 시스템으로 에너지 생산에 대한 여유를 가질 수 있게 해준다.
그래서 ESS가 활성화되면 비교적 에너지 소비량이 적은 새벽에 생산되는 에너지를 저장하여 에너지 공급이 몰릴 때 효과적으로 사용할 수 있고 에너지 생산 가동률을 높일 수 있다.
그리고 미미하게 모이는 신재생에너지를 축적하여 에너지를 나눠 쓸 수 있기 때문에 지금의 전력난을 많이 해소시킬 수 있는 중요한 에너지 시스템으로 인식되고 있다.
그 중 제주도에서 펼쳐지는 ESS 실증 사업은 한 개의 변전소와 맞먹는 규모의 8메가와트급으로 진행되고 있어 전력난을 해소해 줄 수 있을 것으로 기대가 되고 있다.
근래 국가적 차원에서 에너지 확보를 위한 신재생에너지 보급 확대 정책으로 풍력, 태양광 등의 에너지 생산설비가 급속히 증가하는 추세이다.
이러한 신재생 에너지는 화석에너지의 고갈문제와 환경문제에 대한 핵심 해결방안이라는 점에서 선진국을 비롯하여 각 국가에서 연구가 활발히 진행중이다. 특히 신재생에너지 중 태양에너지를 이용하여 전력을 발전시키는 태양광 발전시스템은 공해가 없고 설치 및 유지보수가 용이하다는 장점 등으로 인해 최근 각광을 받고 있다.
이와 같은 태양광 발전 시스템에는 태양광 발전시스템 단독으로만 운전하는 독립형 발전 시스템과, 태양광 발전시스템과 상용전력 계통과 연계하여 운전하는 계통연계형 발전 시스템 두 종류가 있다.
태양광 발전 시스템을 구성하는 컨버터와 인버터는 시스템 설계시 설정된 전격전압이나 전격전류에 따라 내부회로 소자가 결정된다. 이 경우 용량이 고정되어 있기 때문에 용량 확장이 요청되는 경우 별도의 시스템을 구축해야 하므로 공간적, 소비전력 면에서 어려운 점이 있다.
그 중에서 대한민국 등록특허 10-1084214호(계통 연계형 전력저장시스템 및 전력저장시스템 제어방법)에서는 공간 및 소비전력을 개선하면서 용량을 확장할 수 있는 전력 저장 시스템에 대하여 게시하고 있다.
그러나 종래의 기술에서는 대부분의 경우 소비전력을 개선하면서 용량을 확장하는데 초점을 맞추고 있을 뿐,
방재 기능이 없어 화재를 예방하거나 상황을 모니터링 하는 기술적인 부분이 존재하지 않아 문제가 발생하는 경우 신속하게 문제를 해결할 수 없고 미연에 화재를 방지할 수 없게 된다.
이로 인해 화재가 발생하면 고가의 에너지 저장 장치 전체가 전소되는 문제점이 있는 것이다.
그리고 에너지 저장 장치의 구성을 더 살펴보면, 랙에 복수의 트레이가 직렬로 결선되고 상기 트레이 내부에 복수의 충전지(배터리)가 수용되어 충전지와 충전지 사이를 금속판에 의해 직렬로 결선되어 있다.
따라서 지진에 의한 변형, 지반침하로 인한 에너지 저장 장치의 함체(랙이라 칭함) 내에 수용된 트레이가 흔들릴 때 복수의 배터리 또한 흔들리는데 이때 배터리와 배터리를 결선하는 결선회로가 배터리의 단자로부터 헐거워지는데 이 경우 복수로 겹쳐진 복수의 금속판(도 4 참조)이 흔들려 아크가 발생하고 그 이유로 화재로 이어진다.
상기 복수의 금속판이란 도 4에서 확인할 수 있는 바와 같이, 복수의
배터리(20)가 금속판(2)에 의해 서로 연결되어 있는 상태에서 흔들릴
경우 금속판(2)이 탄성력을 갖도록 얇은 철판을 여러장 겹친 구성이다.
그러므로 헐거워질 경우 금속판과 금속판 사이에서 아크가 발생할 확률을 가지고 있는 것이다.
이러한 기술은 종래기술이다.
그러므로 금속판이 헐거워지면 아크가 발생하고 그로 인해 에너지 저장 장치 전체가 전소되는 것이다.
특히 여러장의 금속판이 밀착(하나의 금속판처럼)된 상태로 있기 때문에 상기 금속판에 과전류가 흐르면 쉽게 단선되지 않아 과부하로 인해 화재가 발생하고 있다.(참조 등록특허 10-1084214호)
이러한 문제점을 해결하기 위해 후술에서 이어지는 복수의 배터리(20) 사이에 밀착되게 설치된 에어백(120)이 압박을 받고 그로 인해 에어백(120)에 충전된 에어는 에어관(130)을 지나 에어실린더(140)의 로드(140a)를 압박하여 이동시킨다.
이 이동으로 로드는 센서(150)를 압박하여 상기 센서(150)를 온'시킨다.
그러면 센서(150)와 연동되는 제어부는 신호처리하여 외부관리자에게 통신수단을 통해 알린다.
이러한 기술을 제공하였다.
그러나 수많은 카트리지 전체에 에어백을 설치해야함으로 제조가 다소 번거롭다.
에너지저장장치(ESS)가 보급되면서, ESS의 화재를 진압하기 위한 기술이 개발되어 왔다. ESS 화재를 진압하기 위한 소화장치의 한 예는 도 1에 도시된 바와 같은 에너지 저장시스템용 자동소화장치(이하 ‘종래기술' 이라함)가 공개특허공보 제10-2018-0124439호에 제안되어 있다.
종래기술에 나타난 소화장치는, 별도의 전원인가 없이 무전원방식으로 ESS의 배터리 모듈(100), 케이스(110), 또는 배터리 관리시스템(120)의 화재를 조기에 진화하기 위해 이산화탄소(20)를 분사하는 자동소화장치이다. 종래기술에서는, 불활성 가스인 이산화탄소를 소화약제로 사용하고 있어, 전기화재 등에 사용할 수 있기는 하지만, 공기보다 밀도가 높은 이산화탄소는 바닥으로 가라앉기 때문에 바닥면에 설치되어 있지 않은 ESS 배터리의 열폭주 등은 조기에 진압하기 어려운 문제점이 있고, 종래기술에 나타난 자동소화장치는 운반 가능한 소화장치로 구성하기 어려운 문제점도 있었다.
상기 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서,
본 발명은 복수의 배터리를 수용하는 카트리지와 상기 카트리지 복수를 수용하는 트레이, 상기 트레이의 복수를 적층시켜 랙에 수용하는 구성이다.
이러한 구성중에서 트레이 일측에 상기 트레이 내부에서 발생한 화염이 상기 트레이 일측을 지나 랙 외부로 배출되도록 하여 나머지 복수의 트레이로 화염이 번지지 않도록 하는 기술을 제공한다.
즉 화재가 발생한 트레이 내부만 전소되도록 하고 나머지 트레이는 보호하기 위한 과제이다.
상기 이상의 과제는 구체적인 내용에서 더 밝혀진다.
첨부한 도면에 의해 구성을 살펴보면,
복수의 에너지 저장 장치(10)는 복수의 배터리(20)를 수용하는
카트리지(100)와, 상기 카트리지(100) 복수를 수용하는 트레이(11)와,
상기 트레이(11)이 복수를 적층시켜 랙(9)에 수용하는 구성에 있어서,
상기 복수의 트레이(11) 일측에 상기 트레이(11) 내부에서 발생한 화염이 상기 트레이(11) 일측을 지나 랙(9) 외부로 배출되도록 하여 나머지 복수의
트레이(11)로 화염이 번지지 않도록 하되
상기 복수의 트레이(11) 일측벽 각각에 통풍구(11a)를 형성하고 상기 복수의 트레이(11) 일측벽 각각에 배기구(11b)를 형성하여 상기 각각의 배기구(11b)에 연통(12) 일측을 연결하고 상기 연통(12) 내측은 화염이나 고열에 의해 녹아내리는 복수의 연질부재(13)로 각각 밀폐하고 상기 연통(12) 타측은 하나의 취합용 배기덕트(14)와 연결하고 상기 배기덕트(14)는 송풍팬(15)이 연결된 상태에서
상기 복수의 트레이(11) 중에서 어느 1개소의 트레이(11) 내부에 수용된 배터리(20)가 여러가지 이유로 화재가 발생하여 상기 트레이(11) 내부가 고열이 발생하며 그 고열에 의해 상기 연질부재(13)가 녹아내리고
상기 화재가 발생한 1개소의 트레이(11) 온도를 온도센서(a)가 감지하여 감지값이 설정온도 이상일 경우 상기 온도센서(a)와 연동되고 상기 송풍팬(15)과 연동된 상기 제어부(b)를 통해 상기 송풍팬(15)을 작동시켜 상기 1개소의
트레이(11) 내부의 화염을 흡입하여 상기 연통(12)과 상기 배기덕트(13)를 통해 외부로 배출시키는 구성이다.
앞에서 설명한 바와 같이,
상기 이상의 효과는 구체적인 내용에서 더 밝혀진다.
도 1은 도 1, 종래기술에 따른 에너지 저장시스템용 자동소화장치.
도 2는 본 발명의 화염을 외부로 유도하는 에너지 저장 장치의 사시도.
도 3은 본 발명의 화염을 외부로 유도하는 에너지 저장 장치의 트레이와
설명도의 흐름도.
도 4는 도 2의 생태에서 랙을 제거한 상태.
도 5는 제 4도의 상태에서 일부를 절개한 확대도.
도 6, 7, 8은 종래의 에너지 저장 장치용 배터리 카트리지에 대한 참고도.
첨부한 도면에 의해 구성을 재차 살펴보고 그에 따른 실시예를 살펴본다.
본 발명은 복수의 에너지 저장 장치(10)는 복수의 배터리(20)를 수용하는
카트리지(100)와, 상기 카트리지(100) 복수를 수용하는 트레이(11)와,
상기 트레이(11)이 복수를 적층시켜 랙(9)에 수용하는 구성에 있어서,
상기 복수의 트레이(11) 일측에 상기 트레이(11) 내부에서 발생한 화염이 상기 트레이(11) 일측을 지나 랙(9) 외부로 배출되도록 하여 나머지 복수의
트레이(11)로 화염이 번지지 않도록 하되
상기 복수의 트레이(11) 일측벽 각각에 통풍구(11a)를 형성하고 상기 복수의 트레이(11) 일측벽 각각에 배기구(11b)를 형성하여 상기 각각의 배기구(11b)에 연통(12) 일측을 연결하고 상기 연통(12) 내측은 화염이나 고열에 의해 녹아내리는 복수의 연질부재(13)로 각각 밀폐하고 상기 연통(12) 타측은 하나의 취합용 배기덕트(14)와 연결하고 상기 배기덕트(14)는 송풍팬(15)이 연결된 상태에서
상기 복수의 트레이(11) 중에서 어느 1개소의 트레이(11) 내부에 수용된 배터리(20)가 여러가지 이유로 화재가 발생하여 상기 트레이(11) 내부가 고열이 발생하며 그 고열에 의해 상기 연질부재(13)가 녹아내리고
상기 화재가 발생한 1개소의 트레이(11) 온도를 온도센서(a)가 감지하여 감지값이 설정온도 이상일 경우 상기 온도센서(a)와 연동되고 상기 송풍팬(15)과 연동된 상기 제어부(b)를 통해 상기 송풍팬(15)을 작동시켜 상기 1개소의
트레이(11) 내부의 화염을 흡입하여 상기 연통(12)과 상기 배기덕트(13)를 통해 외부로 배출시키는 구성이다.
상기와 같이 화재가 발생한 트레이(11)만 연질부재(13)가 녹아내려 배기구(11b)가 개방되므로서 송풍팬(15)은 강력한 흡입력으로 화염을 외부로 배출시킨다.
만약 복수의 배기구(11b) 전체가 개방되었을 경우 여기저기서 흡입되므로 흡입력이 미미하여 화염을 원할하게 흡입할 수 없어 화염은 복수의 트레이(11) 전체로 번지게 된다.
상기 온도센서(a)는 트레이(11)의 내부에 위치하고 상기 온도센서(a)는 제어부(b)와 연동되고 상기 제어부(b)는 랙(9) 외부의 함(미도시)에 수용하고
제어부(b)는 송풍팬(15)과 연동된다.
그러므로 트레이(11) 내부에서 화재가 발생하면 온도센서(a)가 온도를 감지하고 제어부(b)는 감지 온도가 설정 온도이면 송풍팬(15)을 가동한다.
상기 송풍팬(15)에 의한 흡입은 통풍구가 있기 때문에 흡입력이 발생한다.
이와 같은 방법으로 복수의 트레이(11) 중 어느 1개소의 트레이(11c)에서 화재가 발생하면 그 화염은 강력한 송풍팬(15)의 흡입력으로 빨아들여 외부로 배출시키므로 주변의 트레이로 열이 전달되지 않아 나머지 복수의 트레이(11)를 보호할 수 있다.
상기 연질부재(13)를 화염에 신속하게 녹아내릴 수 있는 비닐재질을 이용할 수 있다.
상기 연질부재(13)는 복수의 주름관(13a)으로 형성하여 화염의 접촉면적을 더 많이 갖도록 하여 화염에 더욱 빨리 녹아내리도록 하면서
상기 주름관(13a)에 의해 힘을 더 받도록 하여 화염이 발생하지 않은 트레이(11)의 연질부재(13)가 송풍팬(15)의 흡입력에 흡입되지 않도록 하는 구성이다.
실시예, 상기와 같이 주름관(13a)을 형성함으로써 화염이 접촉되는 면적이 상기 주름이 없을 때와 비교하면 접촉면적이 더 넓어진다.
그러므로 연질부재(13)가 평판일 때와 비교하면 화염에 더욱 빨리 녹아내린다.
그리고 주름관(13a)으로 형성함으로써 연질부재(13)가 힘을 받게 된다.
그러므로 송풍팬(15)의 흡입력에 빨려들어갈 확률이 연질부재(13)가 평판일 때와 비교하면 더 낮다.
상기 연질부재(13)는 개폐판이 될 수 있다. 상기 개폐판을 엑추에이터(미도시)와 연결되어 상기 엑추에이터를 제어부(b)를 통해 전원을 인가하면 상기 엑추에이터가 동작하여 개폐판을 개방한다.
상기처럼 화재가 발생하면 문제가 있는 트레이와 정상적인 트레이 사이에 결선된 전원은 미도시한 릴레이 스위치를 통해 차단되어야 한다. 이 전원 차단은 이어지는 후술에서 밝혀진다.
후술의 센서(150)가 온'하면 트레이와 트레이 사이를 결선하는 전원을 차단할 수 있다.
첨부한 도면에 의해 구성을 살펴보면,
복수의 배터리(20)를 하나의 카트리지(100)에 있어서,
상기 카트리지(100) 측면에 복수의 카트리지(100)가 연이어 끼워지는 착탈홈(110)을 형성하고,
상기 복수의 배터리(20) 사이에 여러가지 이유로 배터리(20) 측벽이 부풀어 오를 경우 압박을 받아 수축하는 에어백(120)과 상기 에어백(120)과 에어관(130)으로 연통되어 설치된 에어실린더(140)와,
상기 에어실린더(140)의 로드(140a)에 압박을 받으면 센싱하는 센서(150)를 설치한 구성이다.
여기서 실시예를 설명하면 다음과 같다.
먼저 참고로, 일반적으로 배터리(인산철 배터리)는 배터리(20) 특성상 내부에 가스가 발생한다. 그래서 배터리 내부에는 체크밸브(미도시)가 있는데 그 체크밸브가 작동을 하지 않을 경우 가스가 외부로 배출되지 않아 배터리 측벽이 부풀어올라 결국 터진다.
실시예, 여러가지 이유로 배터리(20)의 체크밸브가 불능상태가 되면 상기 배터리의 측벽이 부풀어 오른다.
그러면 복수의 배터리(20) 사이에 밀착되게 설치된 에어백(120)이 압박을 받고 그로 인해 에어백(120)에 충전된 에어는 에어관(130)을 지나 에어실린더(140)의 로드(140a)를 압박하여 이동시킨다.
이 이동으로 로드는 센서(150)를 압박하여 상기 센서(150)를 온'시킨다.
그러면 센서(150)와 연동되는 제어부는 신호처리하여 외부관리자에게 통신수단을 통해 알린다.
이처럼 배터리(20)의 문제점을 감시하므로 복수의 배터리 전체 피해를 미연(未然)에 차단하는 효과를 갖는 것이다.
통신수단은, 상기 제어부(20)의 연산처리결과가 비정상으로 판단되는 경우에는 WAP를 이용하여 관리자나 사용자의 이동통신 단말기에 전송하는 무선 모듈과,
상기 무선모듈과 기존 이동통신 통신망을 통하여 원격지의 관리자나 사용자의 이동통신 단말기로 에너지 저장 장치의 소집단(10)의 고유번호와 비정상 상태에 대응하여 정해진 경보문자 및 기억장치에 저장된 측정데이터를 원격지의 관리자나 사용자에게 전송하는 것으로 어느 에너지 저장 장치의 소집단(10)이 이상 상태인가를 원격지에서 알 수 있게 해준다.
이러한, 원격감시 시스템의 능동적인 작동을 간략하게 설명하면, 원격감시를
원하는 관리자나 사용자가 이동통신 단말기에 설치되어 있는 응용프로그램을 구동하여 제어부(20)에 접속하고, 제어부(20)로 상태확인 요청을 전송하면, 제어부(20)는 관리자나 사용자로부터의 상태확인 요청에 의하여 추출된 현재 또는 과거의 결과를 관리자나 사용자의 이동통신 단말기로 전송해준다.
본 실시예에서는 제어부(20) 및 관리자나 사용자의 이동통신 단말기에 설치되어, 양 장비 사이의 무선 데이터통신을 가능하게 하는 WAP(무선 응용 프로토콜)을 이용함으로써, 별도의 장비없이 원격감시를 수행할 수 있다.
WAP는 하나의 통신에뮬레이터의 역할을 하는 것으로, 미리 정해진 프로토콜에 따라, 상대방으로부터 수신·복조된 신호를 의미 있는 정보로 변환하는 역할을 하여, 이동통신 단말기로 원격지에 있는 태양전지 소집단의 이상 상태를 감시할 수 있게 해준다.
상용전력과, 상기 상용전력을 DC전원으로 변환하여 에너지 저장 장치로 출력하거나 상기 에너지 저장 장치의 DC전원을 인입받아 AC전력으로 변화하여 상용전력으로 출력하는 인버터로 이루어진다.
9 : 랙
10 : 에너지 저장 장치
11 : 트레이
11a: 통풍구
11b: 배기구
12 : 연통
13 : 연질부재
14 : 배기덕트
15 : 송풍팬
20 : 배터리
13a: 주름관
100: 카트리지
120: 에어백
130: 에어관
140: 에어실린더
140a: 로드
150: 센서
a : 온도센서
b : 제어부

Claims (1)

  1. 복수의 에너지 저장 장치(10)는 복수의 배터리(20)를 수용하는
    카트리지(100)와, 상기 카트리지(100) 복수를 수용하는 트레이(11)와,
    상기 트레이(11)이 복수를 적층시켜 랙(9)에 수용하는 구성에 있어서,

    상기 복수의 트레이(11) 일측에 상기 트레이(11) 내부에서 발생한 화염이 상기 트레이(11) 일측을 지나 랙(9) 외부로 배출되도록 하여 나머지 복수의
    트레이(11)로 화염이 번지지 않도록 하되

    상기 복수의 트레이(11) 일측벽 각각에 통풍구(11a)를 형성하고 상기 복수의 트레이(11) 일측벽 각각에 배기구(11b)를 형성하여 상기 각각의 배기구(11b)에 연통(12) 일측을 연결하고 상기 연통(12) 내측은 화염이나 고열에 의해 녹아내리는 복수의 연질부재(13)로 각각 밀폐하고 상기 연통(12) 타측은 하나의 취합용 배기덕트(14)와 연결하고 상기 배기덕트(14)는 송풍팬(15)이 연결된 상태에서

    상기 복수의 트레이(11) 중에서 어느 1개소의 트레이(11) 내부에 수용된 배터리(20)가 여러가지 이유로 화재가 발생하여 상기 트레이(11) 내부가 고열이 발생하며 그 고열에 의해 상기 연질부재(13)가 녹아내리고
    상기 화재가 발생한 1개소의 트레이(11) 온도를 온도센서(a)가 감지하여 감지값이 설정온도 이상일 경우 상기 온도센서(a)와 연동되고 상기 송풍팬(15)과 연동된 상기 제어부(b)를 통해 상기 송풍팬(15)을 작동시켜 상기 1개소의
    트레이(11) 내부의 화염을 흡입하여 상기 연통(12)과 상기 배기덕트(13)를 통해 외부로 배출시키는 구성을 포함한 것을 특징으로 하는 화염을 외부로 유도하는 에너지 저장 장치.
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