KR20230117956A - Battery fire protection device and method of ess - Google Patents

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KR20230117956A
KR20230117956A KR1020220014337A KR20220014337A KR20230117956A KR 20230117956 A KR20230117956 A KR 20230117956A KR 1020220014337 A KR1020220014337 A KR 1020220014337A KR 20220014337 A KR20220014337 A KR 20220014337A KR 20230117956 A KR20230117956 A KR 20230117956A
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임건표
정연태
최경식
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한국전력공사
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Abstract

본 발명의 배터리 화재 방지 장치는, 배터리 셀의 발화에 의해 발생하는 성분들을 검출하여 직접 발화 징후를 감시하는 직접 발화 징후 검출부; 배터리에 화재가 발생될 가능성을 높이는 화재 위험 증가 성분들을 감시하는 간접 요인 감시부; 상기 직접 발화 징후 및 상기 화재 위험 증가 성분들로부터 화재 위험을 산정하고, 화재 판정 성분이 소정의 기준에 도달하면 화재 발생으로 판정하는 화재 판정부; 화재 발생 또는 화재 위험 정도에 따른 조치를 수행하는 조치부; 상기 배터리 셀의 발화에 의해 발생하는 성분들의 검출 신호들, 상기 화재 위험 증가 성분들의 검출 신호들 및 상기 화재 판정 성분의 검출 신호를 입력받는 입력부; 및 상기 조치를 위한 신호들을 출력하는 출력부를 포함할 수 있다.
A battery fire prevention device of the present invention includes a direct ignition symptom detection unit that detects components generated by ignition of a battery cell and directly monitors an ignition symptom; an indirect factor monitoring unit that monitors fire hazard increasing components that increase the possibility of a battery fire; a fire determining unit that calculates a fire risk from the direct ignition symptom and the fire risk increasing components, and determines that a fire occurs when the fire determining component reaches a predetermined standard; An action unit that takes action according to the degree of fire or fire risk; an input unit for receiving detection signals of the components generated by ignition of the battery cell, detection signals of the fire risk increasing components, and detection signals of the fire determination component; And it may include an output unit for outputting signals for the action.

Description

ESS의 배터리 화재 방지 장치 및 방법{BATTERY FIRE PROTECTION DEVICE AND METHOD OF ESS}Battery fire protection device and method of ESS {BATTERY FIRE PROTECTION DEVICE AND METHOD OF ESS}

본 발명은 ESS 등 배터리의 단위 배터리 셀 이상으로 인한 화재 위험 정도에 따라 적합한 조치를 수행하여 화재를 미연에 방지할 수 있는 배터리 화재 방지 장치 및 ESS 배터리 화재 방지 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a battery fire prevention device and an ESS battery fire prevention method capable of preventing a fire in advance by taking appropriate measures according to the degree of fire risk due to abnormal unit battery cells of a battery such as an ESS.

최근 리튬이온 배터리를 사용하는 전국 1500 여개 ESS 사이트 중 28개소에서 화재가 발생하였다. 화재는 대부분 배터리에서 발생하고 있으며 그 원인은 배터리 내외부적인 원인이 다양하게 존재하고 있다. Recently, fires broke out at 28 out of 1,500 ESS sites nationwide that use lithium-ion batteries. Most of the fires occur in batteries, and there are various causes both internal and external to the battery.

도 1은 ESS의 일반적인 구성을 도시한 개념도이다. ESS는 일반적으로 그림 1과 같이 배터리, 전력충방전시스템(PCS, Power Conditioning System), 전력운영시스템(PMS, Power Management System), 계통연계설비(변압기, 수배전반 등) 등으로 구성되어 있다. 최근 국내에 설치되는 ESS는 대부분 리튬이온배터리를 사용하고 있다. 1 is a conceptual diagram showing a general configuration of an ESS. As shown in Figure 1, an ESS generally consists of a battery, a power charging and discharging system (PCS, Power Conditioning System), a power management system (PMS, Power Management System), and grid-connected facilities (transformers, switchboards, etc.). Recently, most ESSs installed in Korea use lithium-ion batteries.

도 2는 리튬이온 배터리의 일반적인 구조를 도시한다. 2 shows the general structure of a lithium ion battery.

리튬이온 배터리는 일반적으로 도 2와 같이 셀, 모듈, 트레이, 배터리 운영시스템(BMS, Battery Management System), 스위치기어, 랙, 배터리실 등으로 구성되어 있다. 배터리 운영시스템은 배터리를 안전하고 효율적으로 운영하기 위한 목적을 가지고 있다. 배터리 운영시스템은 모듈 내 여러 개의 셀 중 몇 개의 온도를 대표적으로 측정하거나 전극의 온도로 간접측정을 하고 셀 단독 또는 2~3개 단위 병렬 전압을 측정한다. 또한 랙 및 컨테이너 단위 배터리운영시스템에서도 온도, 전압의 최고, 최저, 편차를 감시하고 있다. A lithium ion battery is generally composed of cells, modules, trays, a battery management system (BMS), switchgear, racks, battery compartments, and the like, as shown in FIG. 2 . The purpose of the battery operating system is to operate the battery safely and efficiently. The battery operating system typically measures the temperature of several cells among several cells in a module, or indirectly measures the temperature of an electrode, and measures the voltage of a single cell or 2-3 units in parallel. In addition, the maximum, minimum, and deviation of temperature and voltage are monitored in the rack and container unit battery operating system.

배터리 셀은 충방전을 반복하면서 열화도가 증가하여 절연이 저하되고 내부저항이 증가하며 셀마다 열화가 다르게 진행된다. 여러 셀에 동일한 전압을 인가하더라도 자체의 다른 내부저항으로 인해 열 발생량이 달라지고 온도변화가 달라진다. 이러한 셀, 모듈, 랙, 병렬랙, 컨테이너 단위 배터리는 화재 및 폭발 등을 방지하기 위하여 전압, 전류 등의 전기적인 감시 데이터와 온도 데이터를 측정하여 이를 배터리 운영시스템에서 알고리즘을 통해 안전상태를 판단하여 운영하고 있다.As battery cells repeat charging and discharging, the degree of deterioration increases, insulation deteriorates, internal resistance increases, and deterioration proceeds differently for each cell. Even if the same voltage is applied to several cells, the amount of heat generated and the temperature change vary due to their different internal resistance. These cells, modules, racks, parallel racks, and container-unit batteries measure electrical monitoring data such as voltage and current and temperature data to prevent fire and explosion, and determine the safety status through an algorithm in the battery operating system. are operating

현재 배터리 운영시스템의 운영체계는 다음과 같은 감시사각 포인트를 갖고 있다. 셀 표면온도 미측정 포인트에서 화재발생직전 온도상승 감지지연 또는 불가, 가스발생 감지 불가, 가스발생 이후 열폭주 발생시까지 화재징후를 포착할 수 있는 유효한 온도 및 전압 변화 감지 불가 또는 감지 이후 조치를 위한 시간적 여유시간 확보불가, 병렬로 연결된 셀 및 랙 단위 구조에서의 전류쏠림으로 인한 화재발생, 각 단위(셀, 모듈, 트레이, 랙, 병렬 랙 등) 구조에서의 전기적 차단 시스템의 유무에 따른 차단능력 결여 등이 문제될 수 있다.The operating system of the current battery operating system has the following monitoring blind points. Delayed or impossible detection of temperature rise right before fire occurrence at the point where cell surface temperature is not measured, impossible detection of gas generation, inability to detect valid temperature and voltage changes that can capture fire signs until thermal runaway after gas generation, or time delay for action after detection Unable to secure spare time, occurrence of fire due to current concentration in the structure of cells and rack units connected in parallel, lack of blocking ability depending on the presence or absence of electrical blocking system in each unit structure (cell, module, tray, rack, parallel rack, etc.) etc. can be a problem.

이러한 감시사각 포인트로 인해 전기 화학적 물질인 배터리는 다양한 내외적 요인에 의해 열폭주 및 화재가 발생할 수 있으나 현재의 온도 및 전기적인 데이터를 통해 화재를 사전에 감지하여 방지하는 데는 한계가 있다.Due to these monitoring blind points, batteries, which are electrochemical materials, can cause thermal runaway and fire due to various internal and external factors, but there is a limit to detecting and preventing fire in advance through current temperature and electrical data.

도 3은 히팅패드에 의한 모듈 화재시험 결과를 도시한 그래프이다.3 is a graph showing the results of a module fire test by a heating pad.

도 3은 외국 기관에서 시험한 결과로 리튬이온 배터리 모듈 1개를 히팅패드 위에 올려 놓고 열을 가하여 화재를 시험한 결과이다. 가스압력에 의해 벤팅이 발생하기 직전에 온도, 연기, 압력 등이 변한 것을 알 수 있으며 전압은 벤팅 이후에도 수십 초가 지나서 내부단락으로 급락하였다. 같은 조건으로 봉침을 투입하여 내부단락을 유도한 시험에서도 비슷한 결과를 보여주었다. 셀을 직렬로 연결한 봉침 투입 시험에서는 화재발생 전에 전압 급락을 보여주었으나 직전에 변화를 보임으로써 화재를 판단하여 방지할 수 있는 유효한 계측신호로 처리하기 어려운 것으로 판단되었다. 셀 외부충격 시험과 외부 열노출 시험에서도 전압의 변화가 화재 직전에 발생하였고 과충전 시험에서는 전압을 기준으로 과충전을 가하며 전압과 온도 변화를 과충전 진행에 따라 지속적으로 나타냈으며 외부단락시험에서는 외부단락 직후 전압과 온도 변화를 보여주었다. 외부 충격이나 외부 열 등으로 인한 내부단락이 진행될 경우 전압의 변화가 거의 없음을 알 수 있었다. 또한 다양한 리튬이온 배터리 시험에서도 열화가 진행됨에 따라 전압과 온도의 변화가 내부단락이 이뤄지는 직전에 가서야 두드러지게 확인됨을 알 수 있었다. 3 is a result of a fire test by placing one lithium ion battery module on a heating pad and applying heat as a result of a test conducted by a foreign institution. It can be seen that temperature, smoke, pressure, etc. were changed immediately before venting occurred due to gas pressure, and the voltage plunged to an internal short circuit several tens of seconds after venting. Similar results were shown in a test inducing an internal short circuit by inserting bee needles under the same conditions. In the Bongchim insertion test in which cells are connected in series, a voltage drop was shown before a fire occurred, but it was judged that it was difficult to treat it as an effective measurement signal that could judge and prevent a fire by showing a change immediately before a fire occurred. In the cell external shock test and external heat exposure test, the change in voltage occurred just before the fire. and showed temperature changes. It was found that there was little change in voltage when an internal short circuit occurred due to an external shock or external heat. In addition, in various lithium-ion battery tests, as the deterioration proceeded, it was found that the change in voltage and temperature was notably confirmed only right before the internal short circuit occurred.

위와 같이 국외기관들의 다양한 시험에서 온도 및 전기적인 데이터만을 통해서는 화재를 사전에 감지하여 방지할 수 없는 경우가 발생될 수 있음을 확인할 수 있었다.As above, it was confirmed that there may be cases in which a fire cannot be detected and prevented in advance through only temperature and electrical data in various tests conducted by foreign institutions.

대한민국 등록공보 10-1841411호Republic of Korea Registration No. 10-1841411

본 발명은 ESS의 운영환경 및 배터리 자체의 계측요소를 기반으로 ESS 운영의 정상상태와 화재임박, 조치에 의한 조치사용 상태로 안전성을 확보하면서도 유연한 ESS 운영을 보장하는 ESS 배터리 화재 방지 방법 및 배터리 화재 방지를 제공하고자 한다.The present invention is based on the operating environment of the ESS and the measuring elements of the battery itself, an ESS battery fire prevention method and battery fire prevention method that secures safety while ensuring flexible ESS operation in the normal state of ESS operation, imminent fire, and use of measures by measures to provide prevention.

보다 구체적으로, 상기 조치사용 상태에서는 배터리 저항 밸런싱을 통해 안정화 상태를 유지하고 조치사용 상태에서 계측요소들의 모니터링 결과가 악화되는 경우를 판단하여 화재를 방지할 수 있는 장치를 동작시키고 화재가 발생하는 경우는 소화장치를 동작시키는 방안으로 운영되는 ESS 배터리 화재 방지 방법 및 배터리 화재 방지를 제공하고자 한다.More specifically, in the use state, a stable state is maintained through battery resistance balancing, and a device capable of preventing a fire is operated by determining when the monitoring results of measurement elements deteriorate in the use state, and a fire occurs. intends to provide an ESS battery fire prevention method and battery fire prevention that is operated as a way to operate a fire extinguishing device.

본 발명의 일 측면에 따른 배터리 화재 방지 장치는, 배터리 셀의 발화에 의해 발생하는 성분들을 검출하여 직접 발화 징후를 감시하는 직접 발화 징후 검출부; 배터리에 화재가 발생될 가능성을 높이는 화재 위험 증가 성분들을 감시하는 간접 요인 감시부; 상기 직접 발화 징후 및 상기 화재 위험 증가 성분들로부터 화재 위험을 산정하고, 화재 판정 성분이 소정의 기준에 도달하면 화재 발생으로 판정하는 화재 판정부; 화재 발생 또는 화재 위험 정도에 따른 조치를 수행하는 조치부; 상기 배터리 셀의 발화에 의해 발생하는 성분들의 검출 신호들, 상기 화재 위험 증가 성분들의 검출 신호들 및 상기 화재 판정 성분의 검출 신호를 입력받는 입력부; 및 상기 조치를 위한 신호들을 출력하는 출력부를 포함할 수 있다.An apparatus for preventing a battery fire according to an aspect of the present invention includes a direct ignition symptom detection unit that directly monitors an ignition symptom by detecting components generated by ignition of a battery cell; an indirect factor monitoring unit that monitors fire hazard increasing components that increase the possibility of a battery fire; a fire determining unit that calculates a fire risk from the direct ignition symptom and the fire risk increasing components, and determines that a fire occurs when the fire determining component reaches a predetermined standard; An action unit that takes action according to the degree of fire or fire risk; an input unit for receiving detection signals of the components generated by ignition of the battery cell, detection signals of the fire risk increasing components, and detection signals of the fire determination component; And it may include an output unit for outputting signals for the action.

여기서, 상기 직접 발화 징후 검출부는, 배터리 셀의 발화 개시시 발생하는 직접 발화 징후들로서 음향, 광, 아크, 연기, 오프가스 성분들 중 적어도 하나 이상을 검출할 수 있다.Here, the direct ignition symptom detection unit may detect at least one of sound, light, arc, smoke, and offgas components as direct ignition symptoms generated when ignition of a battery cell starts.

여기서, 상기 간접 요인 감시부는, 상기 병렬 저항 조정 상태 또는 상기 병렬 저항 조정 후 이상 상태를 확인하는 병렬 저항 조절 운전 확인부; 간접 발화 징후로서 분진, 염도, 온도, 습도 중 적어도 2개 이상을 감시하여 기록하는 간접 발화 징후 확인부; 및 배터리 셀의 절연 상태에 따라 트리거되는 장치의 상태를 감시하여 기록하는 배터리 절연 진단부 중 적어도 2개 이상을 포함할 수 있다.Here, the indirect factor monitoring unit includes: a parallel resistance adjustment operation check unit for checking the parallel resistance adjustment state or an abnormal state after the parallel resistance adjustment; an indirect ignition symptom confirmation unit that monitors and records at least two of dust, salinity, temperature, and humidity as indirect ignition symptoms; And it may include at least two or more of a battery insulation diagnosis unit for monitoring and recording the state of a device triggered according to the insulation state of the battery cell.

여기서, 상기 화재 판정부는, 상기 직접 발화 징후 검출부가 상기 직접 발화 징후를 검출하거나, 상기 간접 요인 산정부가, 상기 병렬 저항 조절후 이상, 상기 간접 발화 징후 및 상기 배터리 절연 이상 중 2개 이상의 발생을 감지하면, 화재 임박 상태로 판정할 수 있다.Here, the fire determination unit, the direct ignition symptom detection unit detects the direct ignition symptom, or the indirect factor calculation unit detects the occurrence of two or more of the abnormal after adjusting the parallel resistance, the indirect ignition symptom and the battery insulation abnormality. If so, it can be judged as an imminent fire.

여기서, 상기 화재 판정부는, 상기 병렬 저항 조절후 이상, 상기 간접 발화 징후 및 상기 배터리 절연 이상 중 하나가 발생하면 화재 고위험 상태로 판정할 수 있다.Here, the fire determination unit may determine a high fire risk state when one of the abnormality after adjusting the parallel resistance, the indirect ignition symptom, and the battery insulation abnormality occurs.

여기서, 상기 화재 판정부는, 상기 화재 판정 성분을 확인하는 방안으로서, 배터리 온도가 소정의 베터리 셀 연소시 온도에 도달하면 최종적으로 화재 발생을 판정하거나, 배터리 셀 연소시 발생되는 가스 성분이 소정 농도 이상 검출되면 최종적으로 화재 발생을 판정할 수 있다.Here, the fire determination unit, as a way to check the fire determination component, finally determines the occurrence of a fire when the battery temperature reaches a predetermined battery cell combustion temperature, or a gas component generated during battery cell combustion is at a predetermined concentration or more When detected, it is possible to finally determine the occurrence of a fire.

여기서, 상기 화재 판정부는, 소정의 화재 위험 지수를 관리하되, 상기 병렬 저항 조절, 상기 병렬 저항 조절후 이상, 상기 간접 발화 징후 및 상기 배터리 절연 이상의 발생에 따라, 상기 화재 위험 지수를 가산하는 방식으로 운영할 수 있다.Here, the fire determination unit manages a predetermined fire risk index, and adds the fire risk index according to the occurrence of the parallel resistance adjustment, the abnormality after the parallel resistance adjustment, the indirect ignition symptom, and the battery insulation abnormality. can operate

본 발명의 다른 측면에 따른 ESS 배터리 화재 방지 방법은, 배터리 셀의 발화에 의해 발생하는 성분들을 검출하여 직접 발화 징후를 확인하는 단계; 배터리에 화재가 발생될 가능성으로서 화재 위험을 높이는 화재 위험 증가 성분들을 감시하는 단계; 상기 직접 발화 징후 및 상기 화재 위험 증가 성분들로부터 화재 위험을 판정하는 단계; 화재 위험의 판정 결과 화재 고위험 상태에서의 조치로서 배터리 운전 정지를 수행하는 단계; 및 화재 위험의 판정 결과 화재 임박 상태에서의 조치를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.An ESS battery fire prevention method according to another aspect of the present invention includes the steps of directly identifying signs of ignition by detecting components generated by ignition of a battery cell; monitoring fire risk increasing components that increase fire risk as a possibility of a battery catching fire; determining a fire hazard from the direct ignition indication and the fire hazard increasing components; As a result of determining the fire risk, as a measure in a high fire risk state, performing battery operation suspension; and performing an action in an imminent fire state as a result of determining the fire risk.

여기서, 상기 직접 발화 징후를 확인하는 단계에서는, 배터리 셀의 발화 개시시 발생하는 직접 발화 징후들로서 음향, 광, 아크, 연기, 오프가스 성분들 중 하나 이상을 검출할 수 있다.Here, in the step of checking the direct ignition symptoms, one or more of sound, light, arc, smoke, and offgas components may be detected as direct ignition symptoms generated when ignition of the battery cell starts.

여기서, 상기 화재 위험 증가 성분들을 감시하는 단계는, ESS를 구성하며 서로 병렬 연결된 각 배터리 블록들에 병렬 저항을 조정한 상태인 병렬 저항 조정 상태 또는 상기 병렬 저항 조정 후 이상 상태를 확인하는 단계; 간접 발화 징후로서 분진, 염도, 온도, 습도 중 적어도 2개 이상을 확인하는 단계; 및 배터리 셀의 절연 상태에 따라 트리거되는 장치의 상태를 확인하는 단계 중 적어도 2개 이상을 포함할 수 있다.Here, the step of monitoring the fire risk increasing components comprises: checking a parallel resistance adjustment state in which parallel resistance is adjusted in each battery block connected in parallel to each other constituting the ESS or an abnormal state after adjusting the parallel resistance; Confirming at least two or more of dust, salinity, temperature, and humidity as signs of indirect ignition; and checking a state of a device that is triggered according to an insulation state of a battery cell.

여기서, 상기 화재 위험을 판정하는 단계에서는, 상기 직접 발화 징후를 검출하면, 상기 화재 임박 상태로 판정하고, 상기 병렬 저항 조절후 이상, 상기 간접 발화 징후 및 상기 배터리 절연 이상 중 2개 이상의 발생을 감지하면, 상기 화재 임박 상태로 판정하며, 상기 병렬 저항 조절후 이상, 상기 간접 발화 징후 및 상기 배터리 절연 이상 중 하나가 발생하면 상기 화재 고위험 상태로 판정할 수 있다.Here, in the step of determining the risk of fire, when the direct ignition symptom is detected, the imminent fire state is determined, and the occurrence of two or more of the abnormality after adjusting the parallel resistance, the indirect ignition symptom, and the battery insulation abnormality is detected. , it is determined that the fire is imminent, and when one of the abnormality after adjusting the parallel resistance, the indirect ignition symptom, and the battery insulation abnormality occurs, the high fire risk state may be determined.

여기서, 상기 화재 임박 상태에서의 조치를 수행하는 단계는, 화재 판정 성분으로서 운영 환경 온도를 감시를 수행하는 단계; ESS 운전 정지 조치를 수행하는 단계; 및 상기 운영 환경 온도가 소정의 배터리 셀 연소시 온도에 도달하면, 화재 발생을 판정하고, 화재 발생 상태에 대한 조치를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.Here, the step of taking action in the imminent fire state may include: monitoring an operating environment temperature as a fire determination component; performing an ESS operation stop action; and when the operating environment temperature reaches a predetermined battery cell combustion temperature, determining whether a fire has occurred and taking measures for the fire occurrence state.

본 발명의 또 다른 측면에 따른 ESS 화재 조기 감지 및 방지 시스템은, ESS 배터리 셀의 발화에 의해 발생하는 성분들을 검출하여 직접 발화 징후를 감시하고, 배터리에 화재가 발생될 가능성을 높이는 화재 위험 증가 성분들을 감시하며, 상기 직접 발화 징후 및 상기 화재 위험 증가 성분들로부터 화재 위험을 산정하고, 화재 판정 성분이 소정의 기준에 도달하면 화재 발생으로 판정하고, 화재 발생 또는 화재 위험 정도에 따른 조치를 수행하는 배터리 화재 방지 장치; ESS 배터리 화재 발생 판정하거나 상기 화재 위험을 산정하기 위한 센서들의 센싱값들을 수집하여 상기 배터리 화재 방지 장치로 전달하는 운영환경 계측장치; 및 화재 발생 또는 화재 위험 정도에 따른 조치를 위해 ESS의 각 보호장치들에 구동 지시를 출력하는 구동 장치를 포함할 수 있다.An ESS fire early detection and prevention system according to another aspect of the present invention detects components caused by ignition of an ESS battery cell, directly monitors signs of ignition, and fire risk increasing components that increase the possibility of a battery fire monitoring them, calculating the fire risk from the direct ignition signs and the fire risk increasing components, determining that a fire occurs when the fire determination component reaches a predetermined standard, and taking measures according to the degree of fire occurrence or fire risk. battery fire protection device; An operating environment measuring device for determining the occurrence of a fire in an ESS battery or collecting sensing values of sensors for estimating the risk of fire and transmitting them to the battery fire prevention device; And it may include a driving device that outputs driving instructions to each protection device of the ESS to take measures according to the degree of fire or fire risk.

여기서, 상기 ESS를 구성하는 병렬 연결된 단위 배터리 블록들에 저항 편차가 존재하면, 상기 저항 편차를 제거하는 방향으로 각 단위 배터리 블록의 가변 저항을 조정하는 병렬 저항 조절 장치를 더 포함할 수 있다.Here, if there is a resistance variation in the unit battery blocks connected in parallel constituting the ESS, a parallel resistance adjusting device for adjusting the variable resistance of each unit battery block in a direction to remove the resistance variation may be further included.

여기서, 상기 배터리 화재 방지 장치는, 상기 화재 위험 증가 성분들로서, 상기 병렬 저항 조절 장치의 가변 저항을 조정한 병렬 저항 조정 상태 또는 상기 병렬 저항 조정 후 이상 상태; 간접 발화 징후로서 분진, 염도, 온도, 습도 중 적어도 2개 이상; 및 배터리 셀의 절연 상태에 따라 트리거되는 장치의 상태 중 적어도 2개 이상을 확인할 수 있다.Here, the battery fire prevention device, as the fire risk increasing components, a parallel resistance adjustment state in which the variable resistance of the parallel resistance adjustment device is adjusted or an abnormal state after the parallel resistance adjustment; at least two of dust, salinity, temperature, and humidity as signs of indirect ignition; At least two of the state of the device triggered by the insulation state of the battery cell may be checked.

상술한 구성의 본 발명의 사상에 따른 ESS 배터리 화재 방지 방법 및/또는 배터리 화재 방지 장치를 실시하면, 단위 배터리 셀의 발화로 인한 배터리 화재를 미연에 방지할 수 있는 이점이 있다.If the ESS battery fire prevention method and/or battery fire prevention device according to the spirit of the present invention having the above configuration is implemented, there is an advantage in preventing a battery fire caused by ignition of a unit battery cell in advance.

개선된 구현의 본 발명의 사상에 따른 ESS 배터리 화재 방지 방법 및/또는 배터리 화재 방지 장치는, 절연파괴 진행속도를 늦출 수 있어 배터리 수명을 증가시킬 수 있으며 배터리 사용년한 연장 및 재사용이 가능한 이점이 있다.An ESS battery fire prevention method and/or a battery fire prevention device according to the spirit of the present invention of improved implementation can slow down the progress of insulation breakdown, thereby increasing battery life, and having the advantage of extending the life of the battery and reusing it there is.

도 1은 ESS의 일반적인 구성을 도시한 개념도.
도 2는 리튬이온 배터리의 일반적인 구조를 도시한 구조도.
도 3은 히팅패드에 의한 모듈 화재시험 결과를 도시한 그래프.
도 4는 모듈 단위 배터리 열폭주 시험시 가스성분 분석 결과를 나타낸 그래프.
도 5는 SOC 100% 배터리 열폭주 및 화재방지 시험 결과를 나타낸 그래프.
도 6은 SOC 100% 배터리 열폭주 시험결과를 나타낸 그래프.
도 7은 배터리 화재 조기감지를 위한 음향, 광, 오프가스, 배터리 표면온도의 변화를 측정한 결과를 나타낸 그래프.
도 8a는 배터리 셀의 직렬연결 구조를 나타낸 회로도.
도 8b는 배터리 셀의 병렬연결 구조를 나타낸 회로도.
도 9는 본 발명의 사상에 따른 배터리 화재 방지 장치를 구비한 ESS 화재 조기 감지 및 방지 시스템을 도시한 블록도.
도 10은 본 발명의 사상에 따른 배터리 화재 방지 장치의 일 실시예를 도시한 블록도.
도 11a는 도 9의 운영환경 계측장치의 세부 구성의 일 예를 도시한 블록도.
도 11b는 도 9의 ESS 시스템 계측장치의 세부 구성의 일 예를 도시한 블록도.
도 11c는 도 9의 화재 예방/진압을 위한 구동장치의 세부 구성의 일 예를 도시한 블록도.
도 12는 ESS 연계 포인트로서 구동장치 중 병렬연결된 배터리의 내부저항의 편차를 해소하기 위한 연계포인트에서의 전압 검출 및 병렬저항 조절을 위한 구조도.
도 13은 도 12의 전압 검출 및 병렬저항 조절 구조에서 EES 병렬 배터리 저항 조절 방법을 도시한 흐름도.
도 14는 본 발명의 사상에 따른 ESS 배터리 화재 방지 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도.
도 15a는 도 14의 흐름도의 과정 중에 도달하는 정상 상태를 도시한 개념도.
도 15b는 도 14의 흐름도의 과정 중에 도달하는 조치 사용 상태를 도시한 개념도.
도 15c는 도 14의 흐름도의 과정 중에 도달하는 화재 임박 상태를 도시한 개념도.
1 is a conceptual diagram showing a general configuration of an ESS;
Figure 2 is a structural diagram showing the general structure of a lithium ion battery.
Figure 3 is a graph showing the module fire test results by the heating pad.
Figure 4 is a graph showing the gas component analysis results during the module-unit battery thermal runaway test.
5 is a graph showing SOC 100% battery thermal runaway and fire prevention test results.
6 is a graph showing SOC 100% battery thermal runaway test results.
7 is a graph showing the results of measuring changes in sound, light, off-gas, and battery surface temperature for early detection of battery fire.
8A is a circuit diagram showing a series connection structure of battery cells.
8B is a circuit diagram showing a parallel connection structure of battery cells.
9 is a block diagram showing an ESS fire early detection and prevention system having a battery fire prevention device according to the spirit of the present invention.
Figure 10 is a block diagram showing an embodiment of a battery fire protection device according to the spirit of the present invention.
Figure 11a is a block diagram showing an example of a detailed configuration of the operating environment measuring device of Figure 9;
Figure 11b is a block diagram showing an example of a detailed configuration of the ESS system measuring device of Figure 9;
Figure 11c is a block diagram showing an example of a detailed configuration of the drive device for fire prevention / suppression of Figure 9;
12 is a structure diagram for voltage detection and parallel resistance adjustment at a linkage point for resolving a deviation in internal resistance of a battery connected in parallel among driving devices as an ESS linkage point.
13 is a flowchart illustrating an EES parallel battery resistance control method in the voltage detection and parallel resistance control structure of FIG. 12;
14 is a flowchart illustrating an embodiment of a method for preventing fire on an ESS battery according to the spirit of the present invention.
FIG. 15A is a conceptual diagram illustrating a steady state reached during the process of the flowchart of FIG. 14;
FIG. 15B is a conceptual diagram illustrating an action use state reached during the course of the flow chart of FIG. 14;
FIG. 15C is a conceptual diagram illustrating an imminent fire state reached during the process of the flowchart of FIG. 14;

본 발명을 설명함에 있어서 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. In describing the present invention, terms such as first and second may be used to describe various components, but the components may not be limited by the terms. Terms are only for the purpose of distinguishing one element from another. For example, a first element may be termed a second element, and similarly, a second element may be termed a first element, without departing from the scope of the present invention.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다.When a component is referred to as being connected or connected to another component, it may be directly connected or connected to the other component, but it may be understood that another component may exist in the middle. .

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. Terms used in this specification are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions may include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.

본 명세서에서, 포함하다 또는 구비하다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다. In this specification, the terms include or include are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features or numbers, It can be understood that the presence or addition of steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.

또한, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.In addition, shapes and sizes of elements in the drawings may be exaggerated for clearer description.

도 4는 모듈 단위 배터리 열폭주 시험시 가스성분 분석 결과를 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing gas component analysis results during a module unit battery thermal runaway test.

자체적인 시험을 통해 리튬이온배터리 모듈 단위 열폭주 시험을 실시하여 도 4와 같이 FTIR 분석을 수행하였다. 일반적으로 열폭주 이전에 발생하는 가스성분은 CH4, CH3OH, CO2, CO, Ethylene 등이고, 열폭주 시점에서 연기와 함께 발생하는 가스성분은 H, HCN, HF 등인데 본 시험에서도 CH4, CO2와 HCN 등이 검출되었다. 폭발성분도 확인할 수 있었으며 이러한 가스성분을 조기에 감지할 경우 화재폭발을 방지할 수 있을 것이다.FTIR analysis was performed as shown in FIG. 4 by conducting a thermal runaway test for each lithium ion battery module through its own test. In general, the gas components generated before thermal runaway are CH4, CH3OH, CO2, CO, Ethylene, etc., and the gas components generated with smoke at the time of thermal runaway are H, HCN, HF, etc. In this test, CH4, CO2, HCN, etc. this was detected Explosive components could also be identified, and early detection of these gas components would prevent fire and explosion.

도 5는 SOC 100% 배터리 열폭주 및 화재방지 시험 결과를 나타낸 그래프이다.5 is a graph showing SOC 100% battery thermal runaway and fire prevention test results.

도 6은 SOC 100% 배터리 열폭주 시험결과를 나타낸 그래프이다.6 is a graph showing SOC 100% battery thermal runaway test results.

도 5 및 도 6은 열폭주 이전의 가스를 감지하여 열폭주를 방지할 수 있는지 시험을 수행한 결과들을 나타낸다. 열폭주를 방지하는 방법은 전기적인 차단, 온도가 상승한 배터리의 격리 등 여러 가지 방법으로 실증이 가능할 것이나 본 시험에서는 히팅패드로 배터리를 가열하거나 과충전을 하여 열화진행 중 가스를 감지하고 열화가 가속화되어 내부단락과 화재를 유발한 경우로 가스감지 시점부터 열폭주까지의 시간을 측정하여 화재조기감지 여유시간을 확보할 수 있는지와, 가스감지 후 내부단락 원인을 제거하여 화재를 방지할 수 있는지를 실증하였다.5 and 6 show the results of testing whether thermal runaway can be prevented by detecting a gas prior to thermal runaway. Methods to prevent thermal runaway can be demonstrated in various ways, such as electrical cutoff and isolation of batteries with elevated temperatures. In case of internal short-circuit and fire, it measures the time from gas detection to thermal runaway to demonstrate whether it is possible to secure enough time for early detection of fire, and whether it is possible to prevent fire by removing the cause of internal short-circuit after gas detection. did

도 5는 열화로 인한 가스 감지(OGM Signal) 후 히팅패드 가열을 중단한 결과이다. 열폭주 및 연기가 발생하지 않아 화재를 방지할 수 있었다.5 is a result of stopping heating of the heating pad after gas detection (OGM Signal) due to deterioration. Fire could be prevented because thermal runaway and smoke did not occur.

도 6은 6은 배터리 모듈을 대상으로 내부 셀 1개를 히팅패드로 5℃/분의 온도상승을 유지하면서 가열하여 열폭주 시험을 한 결과이다.6 is a result of a thermal runaway test by heating one internal cell of the battery module of 6 while maintaining a temperature rise of 5° C./min with a heating pad.

배터리 모듈을 단독으로 시험대 위에 설치하고 전면부 내부 셀 1개에 히팅패드를 부착하였다. 가스감지기를 모듈 외부 1미터 거리에 설치하여 시험하였다. 열폭주 48초 전에 감지하였으나 가스를 감지한 이후에도 열폭주 시점까지 히팅패드로 계속 가열하여 화재 발생을 실증한 것이다.The battery module was installed on the test stand alone and a heating pad was attached to one internal cell on the front side. A gas detector was installed at a distance of 1 meter outside the module and tested. It was detected 48 seconds before the thermal runaway, but even after gas was detected, the fire was demonstrated by continuing to heat with the heating pad until the point of thermal runaway.

도 7은 배터리 화재 조기감지를 위한 음향, 광, 오프가스, 배터리 표면온도의 변화를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.7 is a graph showing the results of measuring changes in sound, light, off-gas, and battery surface temperature for early detection of battery fire.

도 7은 병렬로 연결한 배터리 중 1개의 내부단락시 모든 배터리의 전류가 내부단락된 배터리로 쏠리면서 온도가 상승하고 화재가 발생하도록 한 시험에서 음향, 광, 오프가스, 배터리 표면온도의 변화를 측정한 결과이다. 음향, 광, 오프가스, 배터리 표면온도 순으로 변화를 감지하였다.7 shows changes in sound, light, off-gas, and battery surface temperature in a test in which, when one of the batteries connected in parallel is short-circuited, the current of all batteries is directed to the short-circuited battery, the temperature rises, and a fire occurs. is the result of the measurement. Changes were detected in the order of sound, light, off-gas, and battery surface temperature.

온도 1과 온도 2는 각각 내부단락이 발생한 배터리와 병렬로 연결한 배터리의 표면온도이다. 온도는 100%(=400℃)로 측정하였으며 사전 징후가 발생한 후에도 변화없이 진행하다 갑자기 70℃까지 급상승하였다. 즉, 도 6의 열폭주(Thermal Runaway)가 시작되면 화재를 방지할 수 있는 시기를 놓치게 된다.Temperature 1 and temperature 2 are the surface temperatures of the battery connected in parallel with the battery where the internal short circuit occurred, respectively. The temperature was measured at 100% (= 400 ° C) and proceeded without change even after the prior symptoms occurred, then suddenly rose to 70 ° C. That is, when the thermal runaway of FIG. 6 starts, the time to prevent fire is missed.

도 8a는 배터리 셀의 직렬연결 구조를 나타낸 것이며, 도 8b는 셀의 병렬연결 구조를 나타낸 것이다.8A shows a series connection structure of battery cells, and FIG. 8B shows a parallel connection structure of cells.

배터리 셀은 도 8a, b와 같이 내부저항과 기전력을 가진다. 배터리 제작사마다 셀부터 시스템으로 이어지는 전체 연결 구조는 조금씩 다른데 여러 셀의 직렬 및 병렬 구조와 셀, 모듈, 트레이, 랙, 시스템 단위로 커지면서 일부 단계에 전기적 차단장치로 차단기와 퓨즈를 구성하고 있다. 일부 제작사는 도 8a와 같이 랙 단위까지는 모든 셀을 직렬로 연계한 뒤 랙 끼리는 병렬로 연계하여 배터리를 대용량화한다. 또 일부 제작사에서는 도 8b와 같이 모듈, 트레이 단위에서 셀을 2, 3개씩 병렬로 연계한 것을 다시 직렬로 연계하고 랙끼리는 병렬로 연계하여 배터리를 대용량화한다. 직렬로 연계하여 전압을 올리고 병렬로 연계하여 용량을 증가시키고 있다. The battery cell has internal resistance and electromotive force as shown in FIGS. 8A and 8B. The overall connection structure from cell to system is slightly different for each battery manufacturer, but as the number of cells grows in series and parallel structures, cells, modules, trays, racks, and systems, circuit breakers and fuses are configured as electrical breakers at some stages. As shown in FIG. 8A, some manufacturers connect all cells in series up to the rack unit and then connect the racks in parallel to increase the capacity of the battery. In addition, some manufacturers increase the capacity of the battery by linking two or three cells in parallel in module and tray units as shown in FIG. 8B again in series and linking racks in parallel. Connected in series increases the voltage and connects in parallel to increase the capacity.

도 8a과 같이 직렬로 연결된 배터리 단위까지는 일부 셀이 절연파괴가 발생하더라도 모든 셀에 같은 크기의 전류가 흐르고 모든 셀이 가진 전기에너지 범위 내에서 전류가 흐르면서 각각의 셀은 지락 및 단락에 의해 과전류가 흐르는 경우 절연파괴에 의한 내부단락이 장시간에 걸쳐 발생하므로 충방전이 반복되어도 어느 수준까지는 정상적인 셀로 동작하게 된다. Up to the battery unit connected in series as shown in FIG. 8A, even if some cells have insulation breakdown, the same magnitude of current flows in all cells, and as the current flows within the electrical energy range of all cells, each cell has overcurrent due to ground fault and short circuit. In the case of flow, internal short-circuit due to insulation breakdown occurs over a long period of time, so even if charging and discharging are repeated, it operates as a normal cell up to a certain level.

도 8b와 같이 병렬로 연결된 배터리를 다시 직렬로 연결한 구조에서는 일부셀이 절연파괴가 발생하여 내부단락이 진행되는 경우 도 8a의 직렬구조에서와 같이 직렬구간에서 같은 전류가 흐르므로 병렬연결된 부분에서 내부단락이 진행된 배터리에 전류가 쏠리는 현상이 발생한다. 모든 셀이 가진 전기에너지 범위 내에서 전류가 흐르면서 지락 및 단락에 의해 과전류가 흐르는 경우 절연파괴에 의한 내부단락이 직렬구조에서보다 훨씬 빨리 진행되며 충방전이 반복되면서 진행이 심화된다.In the structure in which the batteries connected in parallel are connected in series again as shown in FIG. 8B, when some cells have insulation breakdown and an internal short circuit proceeds, the same current flows in the series section as in the series structure of FIG. A phenomenon in which current flows to a battery that has undergone an internal short circuit occurs. When overcurrent flows due to ground faults and short circuits while current flows within the electrical energy range of all cells, internal short circuits due to insulation breakdown proceed much faster than in the series structure, and progress intensifies as charging and discharging are repeated.

ESS는 필연적으로 내부저항의 증가와 감소, 내부단락의 심화, 절연파괴 등을 겪게 된다. 이러한 변화의 결과는 배터리간에 편차를 갖고 진행되므로 전류쏠림을 유발하게 된다. 전류의 급격한 증가는 배터리 온도를 상승시키고 화재를 발생시킨다. 따라서, 본 발명에서는 ESS의 화재를 유발할 수 있는 운영환경 측면에서의 계측요소와 배터리 자체 운영 측면에서의 계측 요소, 이러한 계측요소 감지시 화재를 유발할 수 있는 요소를 차단하는 구동장치를 연계한 화재방지 방법 및 장치에 대해 제안하고자 한다.ESS inevitably undergoes increases and decreases in internal resistance, deepening of internal short circuits, and insulation breakdown. As a result of this change, it proceeds with a deviation between batteries, causing current drift. A rapid increase in current increases the temperature of the battery and causes a fire. Therefore, in the present invention, a fire prevention method in conjunction with a measurement element in terms of an operating environment that can cause a fire in an ESS, a measurement element in terms of operating the battery itself, and a driving device that blocks elements that can cause a fire when these measurement elements are detected and devices.

본 발명은 ESS의 운영환경 및 배터리 자체의 계측요소를 기반으로 ESS 운영의 정상상태와 화재임박, 위험 경감 조치에 의한 조치사용 상태를 마련하고 조치사용 상태에서는 배터리 저항 밸런싱을 통해 안정화 상태를 유지하고 조치사용상태에서 계측요소들의 모니터링 결과가 악화되는 경우를 판단하여 화재를 방지할 수 있는 장치를 동작시키고 화재가 발생하는 경우는 소화장치를 동작시키는 일련의 과정들로 이루어진 배터리(ESS) 화재 방지 방안을 제시한다.In the present invention, based on the operating environment of the ESS and the measuring elements of the battery itself, the normal state of the ESS operation, the imminent fire, and the use of measures by risk reduction measures are prepared, and in the use of measures, a stable state is maintained through battery resistance balancing, A battery (ESS) fire prevention plan consisting of a series of processes of operating a device that can prevent a fire by determining if the monitoring results of measurement elements deteriorate in the action state and operating a fire extinguishing device in the event of a fire presents

도 9는 본 발명의 사상에 따른 배터리 화재 방지 장치를 구비한 ESS 화재 조기 감지 및 방지 시스템을 도시한 블록도이다.9 is a block diagram illustrating an ESS fire early detection and prevention system having a battery fire prevention device according to the spirit of the present invention.

도시한 ESS 화재 방지 시스템은, ESS에 대한 제어 장치로서, 운전용 콘솔(20), 데이터 저장장치(20), 화재 방지 장치(100), 운영환경 계측장치(400), 시스템 계측장치(500), 구동장치(600)로 구성될 수 있다. The illustrated ESS fire prevention system is a control device for the ESS, and includes a driving console 20, a data storage device 20, a fire prevention device 100, an operating environment measuring device 400, and a system measuring device 500 , It may be composed of a driving device 600.

상기 운영환경 계측장치(400)는 현재 배터리를 감시하는 온도, 전압,전류 측정에 의한 화재 판단의 한계를 극복하기 위한 다양한 요소를 실증을 통해 결정하여 반영할 수 있다. The operating environment measuring device 400 may determine and reflect various factors through empirical analysis to overcome the limitations of fire determination by measuring temperature, voltage, and current currently monitoring a battery.

상기 구동장치(600)는 화재발생 전 징후를 조기에 감지한 이후 화재를 방지하거나 화재가 불가피하게 발생할 경우 확산 및 폭발을 방지하기 위한 화재 위험 대응 및 화재 진압 조치용 장치이다.The driving device 600 is a device for responding to fire risk and taking measures to suppress fire to prevent a fire after early detection of signs before a fire occurs or to prevent spread and explosion when a fire inevitably occurs.

도 10은 본 발명의 사상에 따른 배터리 화재 방지 장치의 일 실시예를 도시한 블록도이다.10 is a block diagram illustrating an embodiment of a battery fire protection device according to the spirit of the present invention.

도시한 배터리 화재 방지 장치는, 배터리 셀의 발화에 의해 발생하는 성분들을 검출하여 직접 발화 징후를 감시하는 직접 발화 징후 검출부(120); 배터리에 화재가 발생될 가능성을 높이는 화재 위험 증가 성분들을 감시하는 간접 요인 감시부(140); 상기 직접 발화 징후 및 상기 화재 위험 증가 성분들로부터 화재 위험을(정도) 산정하고, 화재 판정 성분이 소정의 기준에 도달하면 화재 발생으로 판정하는 화재 판정부(160); 화재 발생 또는 화재 위험 정도에 따른 조치를 수행하는 조치부(180); 상기 배터리 셀의 발화에 의해 발생하는 성분들의 검출 신호들, 상기 화재 위험 증가 성분들의 검출 신호들 및 상기 화재 판정 성분의 검출 신호를 입력받는 입력부(110); 및 상기 조치를 위한 신호들을 출력하는 출력부(190)를 포함할 수 있다.The illustrated battery fire prevention device includes a direct ignition symptom detection unit 120 that detects components generated by ignition of a battery cell and directly monitors an ignition symptom; An indirect factor monitoring unit 140 for monitoring fire risk increasing components that increase the possibility of a battery fire occurring; a fire determination unit 160 that calculates a fire risk (degree) from the direct ignition symptom and the fire risk increasing components, and determines that a fire occurs when the fire determination component reaches a predetermined standard; Action unit 180 for performing measures according to the degree of fire or fire risk; an input unit 110 that receives detection signals of the components generated by ignition of the battery cell, detection signals of the fire hazard increasing components, and detection signals of the fire determination component; And it may include an output unit 190 for outputting signals for the above measures.

상기 직접 발화 징후 검출부(120)는, 배터리 셀의 발화 개시시 발생하는 직접 발화 징후들로서 음향/광/아크/연기/오프가스 등의 성분들을 검출할 수 있다. 상기 음향/광/아크/연기/오프가스 등의 성분들은 발화 개시시에 발생되는 것으로, 해당 성분이 배터리 셀 발화를 의미하는 소정의 기준값 이상 검출되는 상황은, 아직 화재가 발생하지 않은 한도 내에서 최고 등급 화재 위험(단독)으로서, 화재 임박 상태로 볼 수 있다.The direct ignition symptom detection unit 120 may detect components such as sound/light/arc/smoke/offgas as direct ignition symptoms generated when ignition of a battery cell starts. Components such as the sound/light/arc/smoke/off gas are generated at the start of ignition, and the situation in which the component is detected above a predetermined reference value indicating ignition of the battery cell is within the limit where a fire has not yet occurred. As the highest level fire hazard (alone), it can be considered imminent.

구현에 따라, 도 9에 도시한 ESS 화재 조기 감지 및 방지 시스템을 구성하는 ESS는 후술하는 병렬 저항 조절 장치를 구비할 수 있다. 이 경우, 상기 ESS는 소정의 개수로 직렬 및/또는 병렬 연결된 단위 배터리 셀들로 이루어진 단위 배터리 블록마다, 가변 저항 및 전압 검출 수단을 구비하는 형태를 가질 수 있다.Depending on the implementation, the ESS constituting the ESS fire early detection and prevention system shown in FIG. 9 may include a parallel resistance adjusting device described later. In this case, the ESS may have a form in which a variable resistor and a voltage detecting means are provided for each unit battery block composed of a predetermined number of unit battery cells connected in series and/or parallel.

상기 병렬 저항 조절 장치는, ESS 배터리 운전 정보로서 단위 배터리 블록의 전압을 감시(모니터링)하며, 병렬 연결된 단위 배터리 블록들의 저항 편차로 인한 전압 편차가 발생하면, 상기 전압 편차(즉, 저항 편차)를 제거하는 방향으로 각 단위 배터리 블록의 가변 저항을 조정할 수 있다.The parallel resistance control device monitors (monitors) the voltage of unit battery blocks as ESS battery operation information, and when a voltage deviation occurs due to resistance deviation of unit battery blocks connected in parallel, the voltage deviation (ie, resistance deviation) The variable resistance of each unit battery block can be adjusted in the direction of removal.

그런데, 상기 병렬 저항 장치가 특정 단위 배터리 블록을 상술한 바와 같이 병렬 저항을 적용하여(즉, 병렬 저항 조정 상태로서) 문제없이 ESS가 운영되더라도, 최소 등급의 화재 위험이 존재한다고 볼 수 있다. 한편, 적합한 병렬 저항 조정 상태가 되지 않는 경우 및/또는 병렬 저항 조정 상태에서 ESS의 운영(운전) 데이터에 이상이 발생하는 경우(병렬 저항 조정 후 이상 상태)는 어느정도 수준의 화재 위험이 존재하는 것으로 볼 수 있다. However, even if the parallel resistance device applies the parallel resistance to a specific unit battery block as described above (ie, as a parallel resistance adjustment state) and the ESS is operated without problems, it can be considered that a minimum level of fire risk exists. On the other hand, if a suitable parallel resistance adjustment state does not occur and/or if an abnormality occurs in the operation (operation) data of the ESS in the parallel resistance adjustment state (abnormal state after parallel resistance adjustment), it is considered that a certain level of fire risk exists. can see.

상기 간접 요인 감시부(140)는, 상기 병렬 저항 조정 상태 및/또는 상기 병렬 저항 조정 후 이상(고장) 상태를 확인하는 병렬 저항 조절 운전 확인부; 간접 발화 징후로서 분진/염도/온도/습도 등을 감시하여 기록하는 간접 발화 징후 확인부; 및 배터리 셀의 절연 상태에 따라 트리거되는 IMD/GFD/SPD 등의 상태를 감시하여 기록하는 배터리 절연 진단부 중 적어도 2개 이상을 포함할 수 있다.The indirect factor monitoring unit 140 includes: a parallel resistance adjustment operation check unit for checking the parallel resistance adjustment state and/or an abnormal (failure) state after the parallel resistance adjustment; an indirect ignition symptom confirmation unit that monitors and records dust/salinity/temperature/humidity, etc. as indirect ignition symptoms; and at least two of a battery insulation diagnosis unit that monitors and records the state of IMD/GFD/SPD, etc. triggered by the insulation state of the battery cell.

여기서, IMD는 절연감시장치(insulation monitoring device)이고, GFD는 지락검출기(ground fault detector)이며, SPD는 서지 보호장치(Serge Protector Device)이다. 상기 배터리 절연 진단부는 IMD를 적용하는 것이 일반적이지만, 경우에 따라 GFD 및/또는 SPD가 절연 진단을 대신 수행할 수도 있다.Here, IMD is an insulation monitoring device, GFD is a ground fault detector, and SPD is a surge protector device. In general, the battery insulation diagnosis unit uses an IMD, but in some cases, a GFD and/or an SPD may perform insulation diagnosis instead.

예컨대, 상기 병렬 저항 조절 운전 확인부 또는 상기 화재 판정부(160)는, ESS 시스템 전압 및 전류가 정상 범위를 벗어나고 ESS 및/또는 배터리 온도가 소정의 운전 이상 기준값보다 높으면, 비정상으로 판정할 수 있다.For example, the parallel resistance control operation confirmation unit or the fire determination unit 160 may determine that the ESS system voltage and current are out of the normal range and the ESS and / or battery temperature is higher than a predetermined operation abnormality reference value. .

예컨대, 상기 간접 발화 징후 확인부 또는 상기 화재 판정부(160)는, 분진 농도, 염도 및 습도가 소정의 정상 범위를 벗어나고, ESS 및/또는 배터리 온도가 소정의 간접 위험 기준값보다 높으면, 간접 발화 징후가 있는 것으로 판정할 수 있다.For example, the indirect ignition symptom confirmation unit or the fire determination unit 160 determines the indirect ignition symptom when the dust concentration, salinity and humidity are out of a predetermined normal range and the ESS and/or battery temperature is higher than a predetermined indirect risk reference value. It can be determined that there is

구현에 따라, 상기 화재 판정부(160)는 화재 위험 정도로서, 상기 직접 발화 징후 검출부(120)가 상기 직접 발화 징후를 검출하면, 화재 임박 상태로 판정하고, 상기 간접 요인 산정부(140)가, 상기 병렬 저항 조절후 이상, 상기 간접 발화 징후 및 상기 배터리 절연 이상 중 2개 이상의 발생을 감지하면, 화재 임박 상태로 판정할 수 있다. 또한, 상기 화재 판정부(160)는, 상기 병렬 저항 조절후 이상, 상기 간접 발화 징후 및 상기 배터리 절연 이상 중 하나가 발생하면 화재 고위험 상태로 판정할 수 있다.Depending on the implementation, the fire determination unit 160 determines that a fire is imminent when the direct ignition symptom detection unit 120 detects the direct ignition symptom as a fire risk degree, and the indirect factor calculation unit 140 determines, When the occurrence of two or more of the abnormality after adjusting the parallel resistance, the indirect ignition symptom, and the battery insulation abnormality is detected, a fire imminent state may be determined. In addition, the fire determination unit 160 may determine a high fire risk state when one of the abnormality after adjusting the parallel resistance, the indirect ignition symptom, and the battery insulation abnormality occurs.

또한, 상기 화재 판정부(160) 및/또는 조치부(180)는 화재 임박 상태에서는, 온도나 연기/불꽃 등 화재 감시 파라미터로서의 화재 판정 성분이 판정 기준치를 넘으면, 바로 화재가 발생한 것으로 판정하여 소화장치 동작 등 직접적/물리적 조치를 수행할 수 있다. 만약, 상기 화재 감시 파라미터를 감시할 수단이 구비되지 않은 필드의 경우에는, 바로 소화장치 동작 등 직접적/물리적 조치를 수행할 수 있다.In addition, the fire determination unit 160 and/or action unit 180, in an imminent fire state, immediately determine that a fire has occurred and extinguish fire when a fire determination component as a fire monitoring parameter such as temperature or smoke/flame exceeds a criterion value. Can perform direct/physical actions such as device operation. If, in the case of a field where means for monitoring the fire monitoring parameters is not provided, direct/physical measures such as operation of a fire extinguisher may be immediately performed.

반면, 일반적인 상태에서는, 온도나 연기/불꽃 등 화재 감시 파라미터로서의 화재 판정 성분이 판정 기준치를 넘은 경우에도, 해당 센서의 이상 여부를 먼저 확인하거나, 담당자(관리자)의 승인을 기다려서, 오인된 진압 조치로 인한 손실을 방지한다.On the other hand, in a normal state, even if the fire determination component as a fire monitoring parameter such as temperature or smoke/flame exceeds the determination standard, first check whether the sensor is abnormal or wait for the approval of the person in charge (manager) to take action for suppression that was mistaken. prevent losses caused by

예컨대, 상기 화재 판정 성분을 확인하는 방안으로서, 배터리 온도가 소정의 베터리 셀 연소시 온도에 도달하면 최종적으로 화재 발생을 판정하거나, 배터리 셀 연소시 발생되는 가스 성분이 소정 농도 이상 검출되면 최종적으로 화재 발생을 판정할 수 있다.For example, as a method of confirming the fire determination component, when the battery temperature reaches a predetermined battery cell combustion temperature, the fire is finally determined, or when a gas component generated during battery cell combustion is detected at a predetermined concentration or higher, a fire is finally determined. occurrence can be determined.

구현에 따라, 상기 화재 판정부(160)는, 소정의 화재 위험 지수(점수)를 관리하되, 상기 병렬 저항 조절, 상기 병렬 저항 조절후 이상, 상기 간접 발화 징후 및 상기 배터리 절연 이상의 발생에 따라, 화재 위험 지수(점수)를 가산하는 방식으로 운영할 수 있다. 상기 화재 위험 지수(점수)는 관리자(운전자)에게 지속적으로 통보하여, 관리자가 화재 위험 지수에 따른 우선 순위로 필요한 조치를 수행하는 것을 지원할 수 있다.Depending on the implementation, the fire determination unit 160 manages a predetermined fire risk index (score), according to the occurrence of the parallel resistance adjustment, the abnormality after the parallel resistance adjustment, the indirect ignition symptom, and the battery insulation abnormality, It can be operated by adding a fire risk index (score). The fire risk index (score) is continuously notified to a manager (driver), so that the manager can support taking necessary actions in priority according to the fire risk index.

구현에 따라, 상기 화재 판정부(160) 및/또는 조치부(180)는, 상기 화재 고위험 상태에서는 ESS의 정지 조치(차단기 개방 및 가스배출)를 수행할 수 있다.Depending on the implementation, the fire determination unit 160 and/or the action unit 180 may perform an action to stop the ESS (opening a circuit breaker and discharging gas) in the high fire risk state.

상술한 화재 판정부(160)의 화재 위험 상태 판정 후 수행되는 것으로 기재된 조치들은, 실질적으로는 상기 조치부(180)에 의해 수행된다.The actions described as being performed after the fire risk state determination by the fire determination unit 160 described above are actually performed by the action unit 180 .

도 11a는 도 9의 운영환경 계측장치(400)의 세부 구성의 일 예를 도시한 블록도이다.11A is a block diagram illustrating an example of a detailed configuration of the operating environment measuring device 400 of FIG. 9 .

도 11b는 도 9의 ESS 시스템 계측장치(500)의 세부 구성의 일 예를 도시한 블록도이다.11B is a block diagram illustrating an example of a detailed configuration of the ESS system measuring device 500 of FIG. 9 .

도 11c는 도 9의 화재 예방/진압을 위한 구동장치(600)의 세부 구성의 일 예를 도시한 블록도이다.FIG. 11C is a block diagram showing an example of a detailed configuration of the drive device 600 for fire prevention/suppression of FIG. 9 .

도 11a 및 11b에 나타낸 바와 같이, 상기 운영환경 계측장치(400) 및 상기 시스템 계측장치(500)는 다양한 센서들의 센싱값 수집기들로 구성되어, 상기 화재 방지 장치(100)의 입력부(110)로 수집된 각 센싱값을 전달할 수 있다.As shown in FIGS. 11A and 11B, the operating environment measuring device 400 and the system measuring device 500 are composed of sensed value collectors of various sensors, and are transmitted to the input unit 110 of the fire prevention device 100. Each collected sensing value can be transmitted.

도 11c에 나타낸 바와 같이, 상기 구동장치(600)는 화재 예방 조치 또는 화재 진압 조치를 위한 ESS 시스템의 각 보호장치들에 구동 지시를 출력하는 지시기들로 구성되어, 상기 화재 방지 장치(100)의 출력부(110)에서 인가되는 각 지시에 따라 해당 보호장치로 구동 지시를 전달할 수 있다.As shown in FIG. 11C, the driving device 600 is composed of indicators that output driving instructions to each protection device of the ESS system for fire prevention measures or fire suppression measures, so that the fire prevention device 100 According to each instruction applied from the output unit 110, a driving instruction may be transmitted to the corresponding protective device.

도 12에 도시한 ESS 연계 포인트는 구동장치 중 병렬연결된 배터리의 내부저항의 편차를 해소하기 위한 연계포인트에서의 전압 검출 및 병렬저항 조절을 위한 구조를 나타낸다.The ESS connection point shown in FIG. 12 shows a structure for voltage detection and parallel resistance adjustment at the connection point to solve the deviation of internal resistance of batteries connected in parallel among driving devices.

개선된 ESS 시스템은 전류쏠림과 화재를 방지하기 위해 병렬 저항 조절 장치를 구비할 수 있으며, 이 경우, 도 12에 도시한 바와 같은 병렬 연결된 각 단위 배터리 모듈을 위한 전압 검출 구조 및 병렬저항 조절을 연계포인트에서 형성하는 것이 바람직하다.The improved ESS system may include a parallel resistance control device to prevent current concentration and fire. In this case, as shown in FIG. 12, a voltage detection structure for each unit battery module connected in parallel and parallel resistance control are linked. It is desirable to form at points.

도 13은 도 12의 전압 검출 및 병렬저항 조절 구조에서 EES 병렬 배터리 저항 조절 방법을 도시한 흐름도이다.13 is a flowchart illustrating an EES parallel battery resistance control method in the voltage detection and parallel resistance control structure of FIG. 12 .

?????도 13의 우하단 정상범위 1.5배와 2배의 관계가 서로 바뀐게 아닌가 의심이 듭니다. 확인 요청드립니다.?????????I suspect that the relationship between 1.5 times and 2 times the normal range in the lower right corner of Figure 13 has changed. Please confirm.????

도 12 및 도 13의 구성 및 방법에 따라 병렬저항 조절을 수행하는 경우, 어느 한 배터리 블록에 적용된 병렬저항 또는 전체에서 적용된 병렬저항들의 총합이 소정의 기준 저항값을 넘으면, 상술한 병렬 저항 조정 상태로 간주할 수 있다. When the parallel resistance adjustment is performed according to the configuration and method of FIGS. 12 and 13, when the parallel resistance applied to one battery block or the total sum of the parallel resistances applied to all batteries exceeds a predetermined reference resistance value, the above-described parallel resistance adjustment state can be regarded as

도 13의 EES 병렬 배터리 저항 조절 방법은, ESS 배터리 운전 정보로서 단위 배터리 블록(배터리#n)의 전압(V#n), 전류(I#n) 등을 감시(모니터링)하며, 병렬 연결된 단위 배터리 블록들에 저항 편차(전압 편차)가 존재하면, 상기 저항 편차를 제거하는 방향으로 각 단위 배터리 블록(배터리#n)의 가변 저항(aR#n)을 조정하는 방식으로 수행될 수 있다.The EES parallel battery resistance control method of FIG. 13 monitors (monitors) the voltage (V#n), current (I#n), etc. of the unit battery block (battery #n) as ESS battery operation information, and parallel-connected unit batteries If resistance variation (voltage variation) exists in the blocks, the variable resistance (aR#n) of each unit battery block (battery #n) may be adjusted in a way to eliminate the resistance variation.

예컨대, 도 13에 도시한 바와 같이 병렬저항은 도 12의 ESS 연계 포인트 계측값을 기준으로 연산하여, iR#n=(V#n-Va#n)/I#n, ΔiR#n, aR#n을 조절하는 방식으로 조정될 수 있다. I#n이 정상범위를 2배 이상 벗어날 경우, aR#n을 최대값으로 설정하여 I#n을 정격 이내로 제한할 수 있다.For example, as shown in FIG. 13, the parallel resistance is calculated based on the measured value of the ESS linkage point in FIG. 12, iR#n=(V#n-Va#n)/I#n, ΔiR#n, aR# It can be adjusted in such a way as to adjust n. If I#n is out of the normal range by more than twice, I#n can be limited within the rated value by setting aR#n to the maximum value.

도 14는 본 발명의 사상에 따른 ESS 배터리 화재 방지 방법의 일 실시예를 도시한 흐름도이다.14 is a flowchart illustrating an embodiment of a method for preventing fire of an ESS battery according to the spirit of the present invention.

도시한 ESS 배터리 화재 방지 방법은, 배터리 셀의 발화에 의해 발생하는 성분들을 검출하여 직접 발화 징후를 확인하는 단계(S100); 배터리에 화재가 발생될 가능성으로서 화재 위험을 높이는 화재 위험 증가 성분들을 감시하는 단계(S200, S300, S400); 상기 직접 발화 징후 및 상기 화재 위험 증가 성분들로부터 화재 위험을 판정하는 단계; 화재 위험의 판정 결과 화재 고위험 상태에서의 조치로서 차단(운전 정지)을 수행하는 단계(S600); 화재 위험의 판정 결과 화재 임박 상태에서의 조치를 수행하는 단계(S700)를 포함할 수 있다.The illustrated ESS battery fire prevention method includes the steps of directly checking signs of ignition by detecting components generated by ignition of a battery cell (S100); Monitoring fire risk increasing components that increase fire risk as a possibility of fire in the battery (S200, S300, S400); determining a fire hazard from the direct ignition indication and the fire hazard increasing components; As a result of determining the fire risk, as a measure for a high fire risk state, performing cutoff (operation stop) (S600); As a result of the determination of the fire risk, a step of taking an action in an imminent fire state (S700) may be included.

예컨대, 상기 직접 발화 징후를 확인하는 단계(S100)에서는, 배터리 셀의 발화 개시시 발생하는 직접 발화 징후들로서 음향, 광, 아크, 연기, 오프가스 성분들 중 하나 이상을 검출할 수 있다.For example, in the step of checking the direct ignition symptom ( S100 ), one or more of sound, light, arc, smoke, and offgas components may be detected as direct ignition symptoms generated when ignition of the battery cell starts.

또한, 상기 화재 위험 증가 성분들을 감시하는 단계(S200, S300, S400)는, ESS를 구성하며 서로 병렬 연결된 각 배터리 블록들에 병렬 저항을 조정한 상태인 병렬 저항 조정 상태 및/또는 상기 병렬 저항 조정 후 이상 상태를 확인하는 단계(S200); 간접 발화 징후로서 분진, 염도, 온도, 습도 중 적어도 2개 이상을 확인하는 단계(S300); 및 배터리 셀의 절연 상태에 따라 트리거되는 장치의 상태를 확인하는 단계(S400) 중 적어도 2개 이상을 포함할 수 있다. In addition, the step of monitoring the fire hazard increasing components (S200, S300, S400) is a parallel resistance adjustment state and / or the parallel resistance adjustment state in which parallel resistance is adjusted in each battery block constituting the ESS and connected in parallel to each other After checking the abnormal state (S200); Confirming at least two or more of dust, salinity, temperature, and humidity as signs of indirect ignition (S300); And it may include at least two or more of checking the state of the device triggered according to the insulation state of the battery cell (S400).

이 경우, 상기 화재 위험을 판정하는 단계에서는, 상기 직접 발화 징후를 검출하면, 화재 임박으로 판정하고, 상기 병렬 저항 조절후 이상, 상기 간접 발화 징후 및 상기 배터리 절연 이상 중 2개 이상의 발생을 감지하면, 상기 화재 임박 상태로 판정하며, 상기 병렬 저항 조절후 이상, 상기 간접 발화 징후 및 상기 배터리 절연 이상 중 하나가 발생하면 상기 화재 고위험 상태로 판정할 수 있다.In this case, in the step of determining the risk of fire, if the direct ignition symptom is detected, it is determined that the fire is imminent, and if the occurrence of two or more of the abnormal after parallel resistance adjustment, the indirect ignition symptom, and the battery insulation abnormality is detected, , It is determined that the fire is imminent, and when one of the abnormality after adjusting the parallel resistance, the indirect ignition symptom, and the battery insulation abnormality occurs, the high fire risk state may be determined.

도 15a는 도 14의 흐름도의 과정 중에 도달하는 정상 상태를 도시한 개념도이고, 도 15b는 도 14의 흐름도의 과정 중에 도달하는 조치 사용 상태를 도시한 개념도이며, 도 15c는 도 14의 흐름도의 과정 중에 도달하는 화재 임박 상태를 도시한 개념도이다.15A is a conceptual diagram showing a steady state reached during the process of the flowchart of FIG. 14, FIG. 15B is a conceptual diagram showing a state of using measures reached during the process of the flowchart of FIG. 14, and FIG. 15C is a conceptual diagram showing the process of the flowchart of FIG. It is a conceptual diagram showing the imminent fire state reached during the fire.

즉, 도 15a 내지 15c는 도 14의 각 파라미터에 따른 정상 상태(M1), 조치 사용 상태(M2), 조치 사용후 안정화 상태(M3), 화재 임박 상태(M6), 화재 발생 상태(M7)를 나타낸다. 상기 조치 사용후 안정화 상태(M3)는 병렬 저항 조절 조치후 배터리 운전이 안정화된 상태로서, 정상 상태(M1) 다음으로 가장 낮은 등급의 화재 위험이 존재한다. 반면, 조치 사용 상태(M2)로 계속 머물러 있는 경우, 어느 정도 수준의 화재 위험이 존재한다고 볼 수 있다.That is, FIGS. 15A to 15C show a normal state (M1), an action use state (M2), a stabilization state after use of the action (M3), an imminent fire state (M6), and a fire outbreak state (M7) according to each parameter of FIG. 14. indicate The stabilization state (M3) after the use of the measures is a state in which battery operation is stabilized after the parallel resistance control measures, and there is a fire risk of the lowest level next to the normal state (M1). On the other hand, if it continues to stay in the state of using measures (M2), it can be seen that a certain level of fire risk exists.

화재 임박 상태(M6)는 화재 발생으로 진행 중인 상태로 보아, 온도가 발화 온도 이상이거나 연소 가스 농도가 발화 농도 이상 등 화재 판정 성분의 감시 결과에 따라, 바로 진화 조치를 수행하게 된다. 또한, 화재 임박 상태(M6)에서는 상기 화재 판정 성분이 소정 발화 기준을 넘지 않아도, ESS의 정지 조치(차단기 개방 및 가스배출)를 수행할 수 있다.The imminent fire state (M6) is regarded as a state in which a fire is in progress, and an extinguishing action is immediately performed according to the monitoring result of the fire determination component, such as a temperature higher than the ignition temperature or a combustion gas concentration equal to or higher than the ignition concentration. In addition, in the imminent fire state (M6), even if the fire determination component does not exceed a predetermined ignition standard, the ESS can be stopped (opening the circuit breaker and discharging gas).

도시하지 않은 화재 고위험 상태는, 화재가 바로 발생되지는 않지만, 같은 상태가 상당기간 계속 유지되면 화재가 발생할 것이라고 예상되는 상태로서, ESS의 정지 조치(차단기 개방 및 가스배출)를 수행할 수 있다.A high fire risk state (not shown) is a state in which a fire does not immediately occur, but is expected to occur if the same state continues for a considerable period of time.

구현에 따라, 상기 ESS의 정지 조치는, ESS의 모든 배터리에 대하여 일괄적으로 수행하거나, 일부 배터리 블록/모듈 등 부분적으로 수행할 수 있다.Depending on implementation, the ESS stopping action may be performed collectively for all batteries of the ESS or partially, such as some battery blocks/modules.

도시한 바와 같이, BN 단계에서는 병렬저항을 조절하는 C 단계가 진화(소화 등) 동작이 진행되는 단계까지 계속 진행하여 화재규모를 최소화할 수 있다.As shown, in the BN stage, the C stage for adjusting the parallel resistance continues to the stage where the extinguishing (extinguishing, etc.) operation proceeds, thereby minimizing the scale of the fire.

도 14에서는 화재 고위험 상태에 대한 조치로서, 일종의 점검을 위한 ESS 운전 정지를 위해, 차단기를 개방하고, 배터리의 가스배출장치를 동작시키는 조치를 수행한다(S500).In FIG. 14, as a measure for a high fire risk state, in order to stop ESS operation for a kind of inspection, a measure of opening a circuit breaker and operating a gas discharge device of a battery is performed (S500).

또한, 도 14에서는 S700 단계에서의 화재 임박 상태에 대한 조치로서, 화재 판정 성분으로서 ESS 및/또는 배터리 운영 환경 온도를 감시를 수행하고(S710), ESS 운전 정지를 위해, 차단기를 개방하고, 배터리의 가스배출장치를 동작시키는 조치를 수행한다(S500).In addition, in FIG. 14, as a measure for the imminent fire state in step S700, the ESS and/or battery operating environment temperature is monitored as a fire determination component (S710), the breaker is opened to stop ESS operation, and the battery A measure of operating the gas discharge device is performed (S500).

이후, 화재 판정 성분으로서 ESS 및/또는 배터리 운영 환경 온도가 소정의 배터리 연소 기준 온도에 도달하면, 화재 발생을 판정하고(S750), 화재 발생 상태에 대한 조치로서, 공기정화/온도조절/습도조절 장치 등 ESS의 각종 구동 장치들을 정지시키고(S780), 차단기를 개방시키며(S770), 소화장치를 동작시킨다(S800). 추가적으로 이 보다 낮은 위험 상태의 조치들인 가스배출장치를 동작시키고, 병렬저항을 조절(S760)을 수행할 수 있다.Thereafter, as a fire determination component, when the temperature of the ESS and/or battery operating environment reaches a predetermined battery combustion reference temperature, the occurrence of a fire is determined (S750), and as a measure for the fire state, air purification/temperature control/humidity control Various driving devices of the ESS such as the device are stopped (S780), the circuit breaker is opened (S770), and the fire extinguishing device is operated (S800). Additionally, the gas discharge device, which is a measure of a lower risk state, may be operated, and the parallel resistance may be adjusted (S760).

본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Those skilled in the art to which the present invention pertains should understand that the embodiments described above are illustrative in all respects and not limiting, since the present invention can be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential characteristics thereof. only do The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. .

110 : 입력부
120 : 직접 발화 징후 검출부
140 : 간접 요인 감시부
160 : 화재 판정부
180 : 조치부
190 : 출력부
110: input unit
120: direct ignition sign detection unit
140: indirect factor monitoring unit
160: fire determination unit
180: action unit
190: output unit

Claims (15)

배터리 셀의 발화에 의해 발생하는 성분들을 검출하여 직접 발화 징후를 감시하는 직접 발화 징후 검출부;
배터리에 화재가 발생될 가능성을 높이는 화재 위험 증가 성분들을 감시하는 간접 요인 감시부;
상기 직접 발화 징후 및 상기 화재 위험 증가 성분들로부터 화재 위험을 산정하고, 화재 판정 성분이 소정의 기준에 도달하면 화재 발생으로 판정하는 화재 판정부;
화재 발생 또는 화재 위험 정도에 따른 조치를 수행하는 조치부;
상기 배터리 셀의 발화에 의해 발생하는 성분들의 검출 신호들, 상기 화재 위험 증가 성분들의 검출 신호들 및 상기 화재 판정 성분의 검출 신호를 입력받는 입력부; 및
상기 조치를 위한 신호들을 출력하는 출력부
를 포함하는 배터리 화재 방지 장치.
a direct ignition symptom detection unit that directly monitors an ignition symptom by detecting components generated by ignition of the battery cell;
an indirect factor monitoring unit that monitors fire hazard increasing components that increase the possibility of a battery fire;
a fire determining unit that calculates a fire risk from the direct ignition symptom and the fire risk increasing components, and determines that a fire occurs when the fire determining component reaches a predetermined standard;
An action unit that takes action according to the degree of fire or fire risk;
an input unit for receiving detection signals of the components generated by ignition of the battery cell, detection signals of the fire risk increasing components, and detection signals of the fire determination component; and
Output unit for outputting signals for the above measures
A battery fire protection device comprising a.
제1항에 있어서,
상기 직접 발화 징후 검출부는,
배터리 셀의 발화 개시시 발생하는 직접 발화 징후들로서 음향, 광, 아크, 연기, 오프가스 성분들 중 적어도 하나 이상을 검출하는 배터리 화재 방지 장치.
According to claim 1,
The direct ignition symptom detection unit,
A battery fire prevention device for detecting at least one of sound, light, arc, smoke, and off-gas components as signs of direct ignition occurring when a battery cell starts to ignite.
제1항에 있어서,
상기 간접 요인 감시부는,
배터리의 병렬 저항 조정 상태 또는 상기 병렬 저항 조정 후 이상 상태를 확인하는 병렬 저항 조절 운전 확인부;
간접 발화 징후로서 분진, 염도, 온도, 습도 중 적어도 2개 이상을 감시하여 기록하는 간접 발화 징후 확인부; 및
배터리 셀의 절연 상태에 따라 트리거되는 장치의 상태를 감시하여 기록하는 배터리 절연 진단부 중 적어도 2개 이상
을 포함하는 배터리 화재 방지 장치.
According to claim 1,
The indirect factor monitoring unit,
A parallel resistance adjustment operation checking unit for checking a parallel resistance adjustment state of the battery or an abnormal state after the parallel resistance adjustment;
an indirect ignition symptom confirmation unit that monitors and records at least two of dust, salinity, temperature, and humidity as indirect ignition symptoms; and
At least two or more of the battery insulation diagnosis units that monitor and record the state of the device triggered by the insulation state of the battery cell
A battery fire protection device comprising a.
제3항에 있어서,
상기 화재 판정부는,
상기 직접 발화 징후 검출부가 상기 직접 발화 징후를 검출하거나,
상기 간접 요인 산정부가, 상기 병렬 저항 조절후 이상, 상기 간접 발화 징후 및 상기 배터리 절연 이상 중 2개 이상의 발생을 감지하면, 화재 임박 상태로 판정하는 배터리 화재 방지 장치.
According to claim 3,
The fire determination unit,
The direct ignition symptom detection unit detects the direct ignition symptom,
The battery fire prevention device for determining that a fire is imminent when the indirect factor calculation unit detects the occurrence of two or more of the abnormality after adjusting the parallel resistance, the indirect ignition symptom, and the battery insulation abnormality.
제3항에 있어서,
상기 화재 판정부는,
상기 병렬 저항 조절후 이상, 상기 간접 발화 징후 및 상기 배터리 절연 이상 중 하나가 발생하면 화재 고위험 상태로 판정하는 배터리 화재 방지 장치.
According to claim 3,
The fire determination unit,
A battery fire prevention device for determining a high fire risk state when one of the abnormality after adjusting the parallel resistance, the indirect ignition symptom, and the battery insulation abnormality occurs.
제1항에 있어서,
상기 화재 판정부는,
상기 화재 판정 성분을 확인하는 방안으로서, 배터리 온도가 소정의 베터리 셀 연소시 온도에 도달하면 최종적으로 화재 발생을 판정하거나, 배터리 셀 연소시 발생되는 가스 성분이 소정 농도 이상 검출되면 최종적으로 화재 발생을 판정하는 배터리 화재 방지 장치.
According to claim 1,
The fire determination unit,
As a method of checking the fire determination component, when the battery temperature reaches a predetermined battery cell combustion temperature, the fire is finally determined, or when the gas component generated during the battery cell combustion is detected at a predetermined concentration or higher, the fire is finally determined. Battery fire protection device to judge.
제3항에 있어서,
상기 화재 판정부는,
소정의 화재 위험 지수를 관리하되, 상기 병렬 저항 조절, 상기 병렬 저항 조절후 이상, 상기 간접 발화 징후 및 상기 배터리 절연 이상의 발생에 따라, 상기 화재 위험 지수를 가산하는 방식으로 운영하는 배터리 화재 방지 장치.
According to claim 3,
The fire determination unit,
A battery fire prevention device that manages a predetermined fire risk index and adds the fire risk index according to the occurrence of the parallel resistance adjustment, the parallel resistance abnormality, the indirect ignition symptom, and the battery insulation abnormality.
배터리 셀의 발화에 의해 발생하는 성분들을 검출하여 직접 발화 징후를 확인하는 단계;
배터리에 화재가 발생될 가능성으로서 화재 위험을 높이는 화재 위험 증가 성분들을 감시하는 단계;
상기 직접 발화 징후 및 상기 화재 위험 증가 성분들로부터 화재 위험을 판정하는 단계;
화재 위험의 판정 결과 화재 고위험 상태에서의 조치로서 배터리 운전 정지를 수행하는 단계; 및
화재 위험의 판정 결과 화재 임박 상태에서의 조치를 수행하는 단계
를 포함하는 ESS 배터리 화재 방지 방법.
detecting components generated by ignition of a battery cell to directly identify signs of ignition;
monitoring fire risk increasing components that increase fire risk as a possibility of a battery catching fire;
determining a fire hazard from the direct ignition indication and the fire hazard increasing components;
As a result of determining the fire risk, as a measure in a high fire risk state, performing battery operation suspension; and
As a result of determining the risk of fire, the step of taking action in the imminent fire state
ESS battery fire protection method comprising a.
제8항에 있어서,
상기 직접 발화 징후를 확인하는 단계에서는,
배터리 셀의 발화 개시시 발생하는 직접 발화 징후들로서 음향, 광, 아크, 연기, 오프가스 성분들 중 하나 이상을 검출하는 ESS 배터리 화재 방지 방법.
According to claim 8,
In the step of confirming the signs of direct ignition,
An ESS battery fire prevention method for detecting one or more of sound, light, arc, smoke, and off-gas components as direct ignition signs generated when a battery cell starts to ignite.
제9항에 있어서,
상기 화재 위험 증가 성분들을 감시하는 단계는,
ESS를 구성하며 서로 병렬 연결된 각 배터리 블록들에 병렬 저항을 조정한 상태인 병렬 저항 조정 상태 또는 상기 병렬 저항 조정 후 이상 상태를 확인하는 단계;
간접 발화 징후로서 분진, 염도, 온도, 습도 중 적어도 2개 이상을 확인하는 단계; 및
배터리 셀의 절연 상태에 따라 트리거되는 장치의 상태를 확인하는 단계
중 적어도 2개 이상을 포함하는 ESS 배터리 화재 방지 방법.
According to claim 9,
The step of monitoring the fire hazard increasing components,
Checking a parallel resistance adjustment state in which parallel resistance is adjusted in each of the battery blocks constituting the ESS and connected in parallel to each other or an abnormal state after the parallel resistance adjustment;
Confirming at least two or more of dust, salinity, temperature, and humidity as signs of indirect ignition; and
Steps to determine the state of a device triggered by the isolation state of a battery cell
An ESS battery fire prevention method comprising at least two of the following.
제10항에 있어서,
상기 화재 위험을 판정하는 단계에서는,
상기 직접 발화 징후를 검출하면, 상기 화재 임박 상태로 판정하고,
상기 병렬 저항 조절후 이상, 상기 간접 발화 징후 및 상기 배터리 절연 이상 중 2개 이상의 발생을 감지하면, 상기 화재 임박 상태로 판정하며,
상기 병렬 저항 조절후 이상, 상기 간접 발화 징후 및 상기 배터리 절연 이상 중 하나가 발생하면 상기 화재 고위험 상태로 판정하는 ESS 배터리 화재 방지 방법.
According to claim 10,
In the step of determining the fire risk,
When the direct ignition symptom is detected, it is determined that the fire is imminent,
When detecting the occurrence of two or more of the abnormality after adjusting the parallel resistance, the indirect ignition symptom, and the battery insulation abnormality, it is determined that the fire is imminent,
The ESS battery fire prevention method of determining the high fire risk state when one of the abnormality after adjusting the parallel resistance, the indirect ignition symptom, and the battery insulation abnormality occurs.
제8항에 있어서,
상기 화재 임박 상태에서의 조치를 수행하는 단계는,
화재 판정 성분으로서 운영 환경 온도를 감시를 수행하는 단계;
ESS 운전 정지 조치를 수행하는 단계; 및
상기 운영 환경 온도가 소정의 배터리 셀 연소시 온도에 도달하면, 화재 발생을 판정하고, 화재 발생 상태에 대한 조치를 수행하는 단계
를 포함하는 ESS 배터리 화재 방지 방법.
According to claim 8,
The step of taking action in the imminent fire state,
performing monitoring of operating environment temperature as a fire determination component;
performing an ESS operation stop action; and
When the operating environment temperature reaches a predetermined battery cell burning temperature, determining whether a fire has occurred and taking action for a fire occurrence state
ESS battery fire protection method comprising a.
ESS 배터리 셀의 발화에 의해 발생하는 성분들을 검출하여 직접 발화 징후를 감시하고, 배터리에 화재가 발생될 가능성을 높이는 화재 위험 증가 성분들을 감시하며, 상기 직접 발화 징후 및 상기 화재 위험 증가 성분들로부터 화재 위험을 산정하고, 화재 판정 성분이 소정의 기준에 도달하면 화재 발생으로 판정하고, 화재 발생 또는 화재 위험 정도에 따른 조치를 수행하는 배터리 화재 방지 장치;
ESS 배터리 화재 발생 판정하거나 상기 화재 위험을 산정하기 위한 센서들의 센싱값들을 수집하여 상기 배터리 화재 방지 장치로 전달하는 운영환경 계측장치; 및
화재 발생 또는 화재 위험 정도에 따른 조치를 위해 ESS의 각 보호장치들에 구동 지시를 출력하는 구동 장치
를 포함하는 ESS 화재 조기 감지 및 방지 시스템.
Detects the components generated by the ignition of the ESS battery cell to monitor direct ignition symptoms, monitors fire risk increasing components that increase the possibility of fire in the battery, and fires from the direct ignition signs and the fire risk increasing components A battery fire prevention device that calculates the risk, determines that a fire occurs when the fire determination component reaches a predetermined standard, and takes action according to the degree of fire occurrence or fire risk;
An operating environment measuring device for determining the occurrence of a fire in an ESS battery or collecting sensing values of sensors for estimating the risk of fire and transmitting them to the battery fire prevention device; and
A driving device that outputs driving instructions to each protection device of the ESS to take action according to the degree of fire or fire risk
ESS fire early detection and prevention system including a.
제13항에 있어서,
상기 ESS를 구성하는 병렬 연결된 단위 배터리 블록들에 저항 편차가 존재하면, 상기 저항 편차를 제거하는 방향으로 각 단위 배터리 블록의 가변 저항을 조정하는 병렬 저항 조절 장치
를 더 포함하는 ESS 화재 조기 감지 및 방지 시스템.
According to claim 13,
Parallel resistance adjusting device for adjusting the variable resistance of each unit battery block in a direction to eliminate the resistance deviation when resistance variation exists in parallel connected unit battery blocks constituting the ESS
ESS fire early detection and prevention system further comprising a.
제14항에 있어서,
상기 배터리 화재 방지 장치는,
상기 화재 위험 증가 성분들로서,
상기 병렬 저항 조절 장치의 가변 저항을 조정한 병렬 저항 조정 상태 또는 상기 병렬 저항 조정 후 이상 상태;
간접 발화 징후로서 분진, 염도, 온도, 습도 중 적어도 2개 이상; 및
배터리 셀의 절연 상태에 따라 트리거되는 장치의 상태 중 적어도 2개 이상을 확인하는 ESS 화재 조기 감지 및 방지 시스템.
According to claim 14,
The battery fire prevention device,
As the fire hazard increasing components,
a parallel resistance adjustment state in which the variable resistance of the parallel resistance adjustment device is adjusted or an abnormal state after the parallel resistance adjustment;
at least two of dust, salinity, temperature, and humidity as signs of indirect ignition; and
An ESS fire early detection and prevention system that checks at least two of the device's conditions triggered by the insulation state of the battery cell.
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