KR20230148059A - 에너지 저장장치의 냉각시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 에너지 저장장치의 냉각시스템에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 에너지 저장장치의 화재를 예방하기 위하여 에너지 저장장치의 내부에 수용된 배터리가 가열될 경우 냉각시키는 에너지 저장장치의 냉각시스템에 대한 것이다.
본 발명에 따른 에너지 저장장치의 냉각시스템은 하우징과, 복수의 배터리 셀이 보관되도록 상기 하우징에 설치된 복수의 배터리 모듈을 구비하는 에너지 저장장치에 보관된 상기 배터리 셀의 과열을 냉각시킨다. 이를 위하여 본 발명에 따른 에너지 저장장치의 냉각시스템은 셀 가스센서와, 레프런스 가스센서와, 온도센서와, 냉각수단과, 제어수단을 포함한다. 상기 셀 가스센서는 상기 배터리 모듈의 내부에서 상기 배터리 셀에서 발생된 가스를 감지할 수 있도록 상기 각각의 배터리 모듈의 내부에 장착된다. 상기 레프런스 가스센서는 상기 배터리 모듈의 외부에서 상기 하우징 내부에서 가스를 감지할 수 잇도록 상기 하우징의 내부에 장착된다. 상기 온도센서는 상기 각각의 배터리 셀에 장착된다. 상기 냉각수단은 냉각액을 분사시킬 수 있도록 상기 냉각액을 저장한 냉각액탱크와, 상기 냉각액탱크의 냉각액을 상기 배터리 셀에 분사할 수 있도록 상기 냉각액탱크에서 나와서 상기 각각의 배터리 모듈 내부로 유입되도록 분지된 배관과, 상기 배관을 개폐할 수 있도록 상기 냉각액탱크에서 나오는 배관에 장착된 메인밸브와, 상기 각각의 배터리 모듈으로 공급되는 배관을 개폐할 수 있도록 상기 배터리 모듈으로 분지된 각각의 배관에 장착된 복수의 모듈밸브를 구비한다. 상기 제어수단은 상기 셀 가스센서보다 상기 레프런스 가스센서에서 가스가 먼저 감지되고, 상기 가스가 감지된 상기 레프런스 가스센서가 장착된 배터리 모듈에 장착된 상기 온도센서에서 일정한 온도 이상으로 감지되면 강기 가스가 감지된 배터리 모듈으로 유입되는 배관에 장착된 모듈밸브와, 상기 메인밸브를 개방시킨다.
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Description
본 발명은 에너지 저장장치의 냉각시스템에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 에너지 저장장치의 화재를 예방하기 위하여 에너지 저장장치의 내부에 수용된 배터리 셀이 과열될 경우 냉각시키는 에너지 저장장치의 냉각시스템에 대한 것이다.
에너지 저장장치(ESS, energy storage system)는 전기를 저장했다가 전력이 필요할 때 공급하는 장치로, 복수의 배터리 모듈을 구비하고 있으며, 배터리 모듈에는 복수의 배터리 셀이 저장된다.
에너지 저장장치에 수용된 배터리 셀이 반복적으로 충전 및 방전되면 배터리 셀 내부의 결함 때문에 배터리 셀에서 이상 가스(Off-gas)가 발생되고 온도가 상승된다. 이를 방지하면 배터리 셀은 고온으로 열폭주되어 화재로 진행된다.
그래서 배터리 셀에서 이상 가스(off-gas)가 발생하여 고온으로 상승되었을 때 배터리 셀이 열폭주 현상으로 진행되는 것을 방지하기 위한 냉각시스템이 개발되고 있다.
종래의 에너지 저장장치의 냉각시스템은 에너지 저장장치에서 가스 및 온도 상승을 감지하여 배터리 셀을 냉각시켰다. 이 경우 배터리 셀에서 발생되는 이상 가스를 감지하여 배터리 셀을 냉각시켜야 하지만, 외부에서부터 에너지 저장장치의 내부로 가스가 유입될 경우, 유입된 가스를 배터리 셀에 의해 발생한 것으로 오인하여 배터리가 과열된 것으로 잘못 감지한다는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 에너지 저장장치의 냉각시스템은 배터리 셀의 이상 가스(Off-gas)를 감지하기 위하여 일반 화재시 발생되는 가스탐지기를 사용하였다. 이 경우 불필요한 가스를 탐지하는 센서를 사용하므로 감지 반응이 늦고 가스를 감지하기 위한 센서의 비용이 높다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것이다. 본 발명은 배터리 셀의 과열을 감지할 때 감지오류를 방지할 수 있는 에너지 저장장치의 냉각시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 배터리 셀의 과열시 발생되는 이상 가스(Off-gas)를 특정하여 감지할 수 있는 에너지 저장장치의 냉각시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 에너지 저장장치의 냉각시스템은 하우징과, 복수의 배터리 셀이 보관되도록 상기 하우징에 설치된 복수의 배터리 모듈을 구비하는 에너지 저장장치에 보관된 상기 배터리 셀의 과열을 냉각시킨다. 이를 위하여 본 발명에 따른 에너지 저장장치의 냉각시스템은 셀 가스센서와, 레프런스 가스센서와, 냉각수단과, 제어수단을 포함한다. 상기 셀 가스센서는 상기 배터리 셀에서 발생된 가스를 감지할 수 있도록 상기 각각의 배터리 셀에 장착된다. 상기 레프런스 가스센서는 상기 배터리 모듈의 외부에서 상기 하우징 내부에서 가스를 감지할 수 있도록 상기 하우징의 내부에 장착된다. 상기 냉각수단은 냉각액을 분사시킬 수 있도록 상기 냉각액을 저장한 냉각액탱크와, 상기 냉각액탱크의 냉각액을 상기 각각의 배터리 셀에 분사할 수 있도록 상기 냉각액탱크에서 나와서 상기 각각의 배터리 모듈 내부로 유입되어 상기 각각의 배터리 셀로 분지된 배관과, 상기 배관을 개폐할 수 있도록 상기 냉각액탱크에서 나오는 배관에 장착된 메인밸브와, 상기 각각의 배터리 모듈으로 공급되는 배관을 개폐할 수 있도록 상기 배터리 모듈으로 분지된 각각의 배관에 장착된 복수의 모듈밸브와, 상기 배터리 모듈에서 상기 각각의 배터리 셀로 공급되는 각각의 배관에 장착된 복수의 셀밸브를 구비한다. 상기 제어수단은 상기 레프런스 가스센서보다 상기 셀 가스센서에서 가스가 먼저 감지되면 상기 가스가 감지된 배터리 셀로 유입되는 배관에 장착된 상기 셀밸브와, 상기 모듈밸브와, 상기 메인밸브를 개방시킨다.
또한, 상기의 에너지 저장장치의 냉각시스템은 온도센서를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우 상기 온도센서는 상기 각각의 배터리 셀에 장착된다. 그리고 상기 제어수단은 상기 가스가 감지된 셀 가스센서가 장착된 배터리 셀에 장착된 온도센서에서 일정한 온도 이상으로 감지되어야만 상기 가스가 감지된 배터리 모듈로 유입되는 배관에 장착된 상기 셀밸브와, 상기 모듈밸브와, 상기 메인밸브를 개방시킨다.
또한, 상기의 에너지 저장장치의 냉각시스템에 있어서, 상기 레프런스 가스센서 및 상기 셀 가스센서는 수소가스와 일산화탄소가스를 감지하는 센서인 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 배터리 모듈 내부의 각각의 배터리 셀에 셀 가스센서가 장착되고 배터리 모듈의 외부에서 하우징의 내부에 레프런스 가스센서가 장착되어 외부에서 유입되는 가스에 의한 배터리 셀의 과열 감지 오류를 방지할 수 있다. 그래서 배터리 셀의 과열을 정확하게 감지하여 배터리 셀을 냉각시킬 수 있는 에너지 저장장치의 냉각시스템을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 레프런스 가스센서 및 셀 가스센서가 수소 가스와 일산화탄소 가스를 감지하므로 배터리 셀에서 발생되는 이상 가스(off-gas)를 정확하고 신속하게 감지할 수 있다. 그래서 에너지 저장장치의 냉각시스템의 반응을 빠르게 할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 에너지 저장장치의 냉각시스템의 개념도,
도 2는 도 1의 실시예의 작동의 개념도,
도 3은 배터리 셀의 과열시 발생되는 가스의 종류이다.
도 2는 도 1의 실시예의 작동의 개념도,
도 3은 배터리 셀의 과열시 발생되는 가스의 종류이다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 에너지 저장장치의 냉각시스템의 일 실시예를 설명한다.
본 발명에 따른 에너지 저장장치의 냉각시스템은 에너지 저장장치에 저장된 배터리 셀(5)이 과열시 이를 냉각시키는 역할을 한다. 일반적으로 에너지 저장장치는 하우징(1)에 복수의 랙(2)이 구비되고, 각각의 랙(2)에 복수의 배터리 모듈(3)이 수용되며, 배터리 모듈(3)은 복수의 배터리 셀(5)로 구성된다. 본 실시예의 경우 하우징(1)의 2개의 랙(2)이 구비되며, 각각의 랙(2)에는 4개의 배터리 모듈(3)이 수용된다. 에너지 저장장치가 사용되면 배터리 모듈(3)에 저장된 배터리 셀(5)이 충전 및 방전을 반복한다. 배터리 셀(5)이 충전 및 방전을 반복하게 되면 과열되어 이상 가스(off-gas)가 발생되고, 계속 진행되면 열폭주 현상이 발생되어 화재로 이어진다. 그래서 배터리 셀(5)에서 이상 가스(off-gas)가 발생시 이를 감지하여 열폭주 현상으로 진행되지 않도록 냉각시켜야 한다.
본 실시예의 냉각시스템은 이를 위해서 셀 가스센서(10)와, 레프런스 가스센서(20)와, 온도센서(30)와, 냉각수단(40) 및 제어수단(50)을 포함한다.
셀 가스센서(10)는 배터리 모듈(3)의 내부에 저장된 배터리 셀(5)에서 이상 가스(off-gas) 발생시 이를 감지하기 위하여 각각의 배터리 셀(5)에 장착된다.
도 3은 배터리 셀(5)에서 발생되는 이상 가스(off-gas)의 종류이다. 배터리 셀(5)의 과열(overtemperature), 과충전(overcharge) 및 관통(nail-penetration)의 경우 이상 가스(off-gas)가 발생되며, 이때 수소 가스(H2), 일산화탄소 가스(CO) 및 이산화탄소 (CO2)가 다른 가스에 비하여 월등히 많이 발생됨을 할 수 있다. 그래서 배터리 셀(5)에서 수소 가스, 일산화탄소 가스 및 이산화탄소 가스를 감지하면 이상 가스(off-gas)가 발생되는지를 확인할 수 있다. 본 실시예의 경우 셀 가스센서(10)는 수소 가스 및 일산화탄소 가스 만을 감지한다.
레프런스 가스센서(20)는 배터리 모듈(3)이 마련된 하우징(1) 내부에서 이상 가스(off-gas)를 감지한다. 이때 레프런스 가스센서(20)는 배터리 모듈(3)의 외부에 장착된다. 레프런스 가스센서(20)도 셀 가스센서(10)와 동일하게 수소 가스 및 일산화탄소 가스 만을 감지한다.
하우징(1)의 내부에서 작업자가 에너지 저장장치의 유지 및 보수 등을 위하여 용접작업 등을 할 수 있다. 이 경우에는 가스가 발생된다. 또는 에너지 저장장치의 외부에서 발생한 가스가 하우징(1)의 내부로 유입될 수 있다. 이 경우에는 먼저 레프런스 가스센서(20)에서 가스가 감지된다. 그리고 하우징(1) 내부로 유입되거나 하우징(1)의 내부에서 발생된 가스는 배터리 모듈(3)의 내부로 유입되어 셀 가스센서(10)에서 가스가 감지될 수 있다. 따라서 레프런스 가스센서(20)에서 가스가 먼저 감지되고 셀 가스센서(10)에서 나중에 가스가 감지될 경우에는 하우징(1)의 내부에서 가스가 발생된 경우이거나 하우징(1)의 외부에서 내부로 유입된 가스이다. 그러므로 이 경우에는 배터리 셀(5)의 과열 때문에 발생된 이상 가스(off-gas)가 아니다. 즉 레프런서 가스센서(20)는 셀 가스센서(10)에서 감지된 감지신호가 배터리 셀(5)의 과열로 발생된 이상 가스(off-gas)를 감지한 신호인지 아니면 하우징(1)이나 외부에서 유입된 가스를 감지한 신호인지를 판별하기 위함이다.
온도센서(30)는 각각의 배터리 셀(5)에 장착되어 배터리 셀(5)이 과열되었는지를 감지한다.
냉각수단(40)은 배터리 셀(5)이 과열되면 과열된 배터리 셀(5)을 냉각시킨다. 이를 위해서 냉각수단(40)은 냉각액탱크(41)와, 배관(43)과, 메인밸브(45)와 복수의 모듈밸브(47)와, 복수의 셀밸브(49)를 구비한다.
냉각액탱크(41)는 배터리 셀(5)을 냉각시킬 수 있는 냉각액이 분사될 수 있게 냉각액을 저정한다. 배관(43)은 냉각액탱크(41)에서 냉각액이 분사되면 각각의 배터리 셀(5)로 분사될 수 있도록 냉각액탱크(41)에서 나와서 각각의 배터리 모듈(3)의 내부로 유입되도록 분지된 후, 배터리 모듈(3)에서 각각의 배터리 셀(5)로 다시 분지된다.
메인밸브(45)는 배관(43)을 개폐할 수 있도록 냉각액탱크(41)에서 나오는 배관(43a)에 장착된다. 모듈밸브(47)는 각각의 배터리 모듈(3)으로 공급되는 배관(43)을 개폐할 수 있도록 배터리 모듈(3)으로 분지된 각각의 배관(43b)에 장착된다. 셀밸브(49)는 배터리 모듈(3)에서 각각의 배터리 셀(5)로 유입되는 배관에 장착된다.
제어수단(50)은 배터리 셀(5)의 과열이 감지되면 과열된 배터리 셀(5)에 냉각액탱크(41)에 저장된 냉각액을 분사시키는 역할을 한다. 이를 위해서 제어수단(50)은 셀 가스센서(10)과, 레프런스 가스센서(20) 및 온도센서(30)의 데이터를 받아들인다. 그래서 동일한 배터리 셀(5)에 장착된 셀 가스센서(10)에서 가스가 감지되고, 온도센서(30)에서 일정한 온도 이상 감지되면 배터리 셀(5)의 과열로 판단하여 과열로 판단된 배터리 셀(5)에 연결되는 배관에 장착된 셀밸브(49), 모듈밸브(47) 및 메인밸브(45)를 개방시킨다. 그러면 냉각액탱크(41)에 저장된 냉각액은 배터리 모듈(3) 내부에 장착된 배터리 셀(5) 중 과열된 배터리 셀(5)에 분사되어 배터리 셀(5)을 냉각시킨다. 이때 앞에서 설명한 바와 같이 하우징(1)의 내부에서 작업자가 용접작업 등을 하거나 외부에서 에너지 저장장치의 내부로 가스가 유입되면 먼저 레프런스 가스센서(20)에서 가스가 먼저 감지되고 그리고 셀 가스센서(10)에서 가스가 감지된다. 즉, 레프런스 가스센서(20)에서 먼저 가스가 감지될 경우에는 배터리 셀(5)이 과열된 경우가 아니다. 그래서 제어수단(50)은 셀 가스센서(10)에서 가스가 감지되더라도 레프런스 가스센서(20)에서 가스가 먼저 감지된 경우에는 메인밸브(45), 모듈밸브(47) 및 셀밸브(49)를 개방시키지 않는다.
본 실시예의 경우 셀 가스센서(10) 및 레프런스 가스센서(20)는 수소 가스 및 일산화탄소 가스만을 감지한다. 센서는 검출할 수 있는 가스의 범위가 많아지면 많아질 수록 비용이 증가한다. 본 실시예의 경우 수소 가스 및 일산화탄소 가스만을 검출하므로 적은 비용으로 센서를 구현할 수 있다. 그리고 배터리 셀(5)의 과열시 수소 가스 및 일산화탄소 가스가 가장 많이 배출되므로 검출의 정확도를 높일 수 있다.
한편, 본 실시예의 경우 셀 가스센서(10) 및 레프런스 가스센서(20)가 장착되므로 배터리 셀(5)에서 발생된 이상 가스(off-gas) 이외에 가스가 하우징(1) 내부에서 발생하거나 또는 에너지 저장장치의 외부에서 유입되는 경우 레프런스 가스센서(20)에 의해 걸러지므로 배터리 셀(5) 과열의 오감지를 예방할 수 있다.
한편, 본 실시예의 경우 동일한 배터리 셀(5)에 장착된 셀 가스센서(10) 및 온도센서(30)에서 모두 감지된 경우에 메인밸브(45), 모듈밸브(47) 및 셀밸브(49)를 개방하였지만, 온도센서(30)에서 일정한 온도 이상 감지되지 않고 모듈밸브(47)에서만 가스가 감지된 경우에도 배터리 셀(5)의 과열로 인지하여 메인밸브(45), 모듈밸브(47) 및 셀밸브(49)를 개방할 수 있다.
1 : 하우징
2 : 랙
3 : 배터리 모듈 5 : 배터리 셀
10 : 셀 가스센서 20 : 레프런스 가스센서
30 : 온도센서 40 : 냉각수단
41 : 냉각액탱크 43 : 배관
45 : 메인밸브 47 : 모듈밸브
49 : 셀밸브 50 : 제어수단
3 : 배터리 모듈 5 : 배터리 셀
10 : 셀 가스센서 20 : 레프런스 가스센서
30 : 온도센서 40 : 냉각수단
41 : 냉각액탱크 43 : 배관
45 : 메인밸브 47 : 모듈밸브
49 : 셀밸브 50 : 제어수단
Claims (3)
- 하우징과, 복수의 배터리 셀이 보관되도록 상기 하우징에 설치된 복수의 배터리 모듈을 구비하는 에너지 저장장치에 보관된 상기 배터리 셀의 과열을 냉각시키는 에너지 저장장치의 냉각시스템에 있어서,
상기 배터리 셀에서 발생된 가스를 감지할 수 있도록 상기 각각의 배터리 셀에 장착된 셀 가스센서와,
상기 배터리 모듈의 외부에서 상기 하우징 내부에서 가스를 감지할 수 있도록 상기 하우징의 내부에 장착된 레프런스 가스센서와,
냉각액을 분사시킬 수 있도록 상기 냉각액을 저장한 냉각액탱크와, 상기 냉각액탱크의 냉각액을 상기 각각의 배터리 셀에 분사할 수 있도록 상기 냉각액탱크에서 나와서 상기 각각의 배터리 모듈 내부로 유입되어 상기 각각의 배터리 셀로 분지된 배관과, 상기 배관을 개폐할 수 있도록 상기 냉각액탱크에서 나오는 배관에 장착된 메인밸브와, 상기 각각의 배터리 모듈으로 공급되는 배관을 개폐할 수 있도록 상기 배터리 모듈으로 분지된 각각의 배관에 장착된 복수의 모듈밸브와, 상기 배터리 모듈에서 상기 각각의 배터리 셀로 공급되는 각각의 배관에 장착된 복수의 셀밸브를 구비한 냉각수단과,
상기 레프런스 가스센서보다 상기 셀 가스센서에서 가스가 먼저 감지되면 상기 가스가 감지된 배터리 셀로 유입되는 배관에 장착된 상기 셀밸브와, 상기 모듈밸브와, 상기 메인밸브를 개방시키는 제어수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치의 냉각시스템. - 제1항에 있어서,
상기 각각의 배터리 셀에 장착된 온도센서를 더 포함하며,
상기 제어수단은 상기 가스가 감지된 셀 가스센서가 장착된 배터리 셀에 장착된 온도센서에서 일정한 온도 이상으로 감지되어야만 상기 가스가 감지된 배터리 모듈로 유입되는 배관에 장착된 상기 셀밸브와, 상기 모듈밸브와, 상기 메인밸브를 개방시키는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치의 냉각시스템. - 제2항에 있어서,
상기 레프런스 가스센서 및 상기 셀 가스센서는 수소가스와 일산화탄소가스를 감지하는 센서인 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치의 냉각시스템.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
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|---|---|
| KR20230148059A true KR20230148059A (ko) | 2023-10-24 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220050660A KR20230148059A (ko) | 2022-04-14 | 2022-04-25 | 에너지 저장장치의 냉각시스템 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102134707B1 (ko) | 2019-05-02 | 2020-07-17 | 주식회사 이에스텍 | 화재 예방 에너지저장 시스템 |
| KR102162417B1 (ko) | 2019-02-01 | 2020-10-07 | 주식회사 벤텍 | 화재 조기차단 에너지저장 시스템 |
| KR102197092B1 (ko) | 2020-03-10 | 2020-12-31 | 주식회사 태희에볼루션 | 에너지저장장치 화재예방 시스템 |
| KR20210114354A (ko) | 2020-03-10 | 2021-09-23 | 주식회사 물꼬방재기술 | 에너지저장장치(ess) 화재예방 시스템 |
-
2022
- 2022-04-25 KR KR1020220050660A patent/KR20230148059A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (4)
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| KR20210114354A (ko) | 2020-03-10 | 2021-09-23 | 주식회사 물꼬방재기술 | 에너지저장장치(ess) 화재예방 시스템 |
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