KR20240072079A - 배터리 모듈용 소화시스템 및 소화방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 모듈용 소화시스템 및 그 소화방법에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 무정전 전원 장치나 에너지 저장장치 등에 사용되는 배터리 모듈의 열폭주를 효과적으로 진압할 수 있는 배터리 모듈용 소화시스템 및 그 소화방법에 대한 것이다.
본 발명에 따른 배터리 모듈용 소화시스템은 소화액탱크와, 배관라인과, 감지센서와, 분사수단과, 제어수단을 포함한다. 상기 소화액탱크는 소화액을 저장한다. 상기 배관라인은 상기 소화액탱크에서 각각의 배터리 모듈로 상기 소화액을 공급할 수 있게 연결된다. 상기 감지센서는 각각의 상기 배터리 모듈에서 발생된 온도나 가스를 측정한다. 상기 분사수단은 상기 배터리 모듈로 상기 소화액의 양을 조절하여 분사할 수 있게 상기 각각의 배터리 모듈로 공급되는 상기 각각의 배관라인에 장착된다. 상기 제어수단은 상기 감지센서에서 열폭주가 감지되면 상기 열폭주가 발생한 상기 배터리 모듈로 제1기준치 시간동안만 상기 소화액이 분사될 수 있게 상기 분사수단을 개방한 후 폐쇄하고, 그후 상기 감지센서로 제2기준치 시간동안 측정하여 측정되는 온도나 가스가 제3기준치의 온도나 가스보다 높이 올라갈 경우 상기 제1기준치 시간동안 분사되는 양보다 작은 양으로 분사될 수 있게 상기 분사수단을 개방한다.

Description

배터리 모듈용 소화시스템 및 소화방법{The fire extinguishing system and method for battery module}
본 발명은 배터리 모듈용 소화시스템 및 그 소화방법에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 무정전 전원 장치나 에너지 저장장치 등에 사용되는 배터리 모듈의 열폭주를 효과적으로 진압할 수 있는 배터리 모듈용 소화시스템 및 그 소화방법에 대한 것이다.
배터리 모듈은 무정전 전원장치(Uninterruptible Power Supply: UPS)나 에너지 저장시스템(Energy Storage System, ESS) 등에 사용된다.
여기서 무정전 전원장치는 정전이 되었을 때 전원이 끊기지 않고 계속해서 전원이 공급되도록 하는 장치이다. 상용전원의 정전 및 전압 변동에 민감한 산업용 첨단 장비, 의료기기, 컴퓨터, 금융, 사무용기기 등 고도의 디지털 정보 처리기기의 사용이 증가하면서 UPS의 사용이 증가하고 있다.
UPS는 내부에 배터리를 내장한 후 이를 충전하여 전원 차단시 그 전원을 사용한다. 그래서 UPS는 다수의 배터리 모듈을 구비하고 있다.
UPS나 ESS의 가장 큰 역할은 입력전원 이상, 정전 등과 같은 사고 발생 시 배터리 전압을 이용하여 일정시간 동안 부하에 필요한 양질의 전압을 공급한다. 이러한 사고가 발생 할 때 평상시 배터리에 충전된 에너지를 이용하여 끊임없이 부하에 안정적인 전압을 공급해야하기 때문에 배터리는 충전과 방전을 반복한다. 배터리가 충전 및 방전을 반복할 경우 열폭주 현상이 발생하며, 이는 화재로 연결되어 폭발까지 진행된다. 그래서 배터리가 열폭주 되었을 경우 이를 감지한 후 이를 차단하는 것이 중요하다.
따라서 UPS나 ESS 등의 경우 배터리 모듈에 발생한 열폭주나 화재를 차단할 수 있는 소화시스템이 필수적이다. 종래의 소화시스템의 경우 배터리 모듈에 센서를 설치한 후 센서에서 열폭주나 화재가 발생한 경우 소화액을 분사하여 배터리 모듈의 열폭주 및 화재를 차단한다.
특허 제10-2307536호(등록일자 : 2021년 09월 24일) 특허 제10-2407796호(등록일자 : 2022년 06월 07일) 특허 제10-2338516호(등록일자 : 2021년 12월 08일) 특허 제10-1984817호(등록일자 : 2019년 05월 27일)
종래의 소화시스템의 경우 소화액 탱크에 소화액을 저장한 후 배터리 모듈에 열폭주 현상이나 화재가 발생하면, 발생된 배터리 모듈에 소화액을 순간적으로 모두 분사시켜 열폭주 현상이나 화재를 진압한다.
배터리 모듈의 경우 화재가 한번에 진압되더라도 배터리 모듈의 내부에서 화학반응이 계속 발생할 경우 화재가 다시 발생한다. 그래서 종래의 소화시스템의 경우 소화액을 일시에 분사하여 화재를 진압하더라도 일정한 시간이 진행되면 화재가 다시 발생된다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것이다. 배터리 모듈에 발생된 화재를 일차적으로 진압한 후 일정한 시간이 경과할 때까지 배터리 모듈의 온도를 감시한 후 배터리 모듈이 열폭주될 가능성이 있을 경우 지속적으로 소화액을 분사하여 화재를 차단할 수 있는 소화시스템 및 그 소화방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 배터리 모듈용 소화시스템은 소화액탱크와, 배관라인과, 감지센서와, 분사수단과, 제어수단을 포함한다. 상기 소화액탱크는 소화액을 저장한다. 상기 배관라인은 상기 소화액탱크에서 각각의 배터리 모듈로 상기 소화액을 공급할 수 있게 연결된다. 상기 감지센서는 각각의 상기 배터리 모듈에서 발생된 온도나 가스를 측정한다. 상기 분사수단은 상기 배터리 모듈로 상기 소화액의 양을 조절하여 분사할 수 있게 상기 각각의 배터리 모듈로 공급되는 상기 각각의 배관라인에 장착된다. 상기 제어수단은 상기 감지센서에서 열폭주가 감지되면 상기 열폭주가 발생한 상기 배터리 모듈로 제1기준치 시간동안만 상기 소화액이 분사될 수 있게 상기 분사수단을 개방한 후 폐쇄하고, 그후 상기 감지센서로 제2기준치 시간동안 측정하여 측정되는 온도나 가스가 제3기준치의 온도나 가스보다 높이 올라갈 경우 상기 제1기준치 시간동안 분사되는 양보다 작은 양으로 분사될 수 있게 상기 분사수단을 개방한다.
또한, 상기의 배터리 모듈용 소화시스템에 있어서, 상기 분사수단은 상기 각각의 배터리 모듈로 공급되는 상기 소화액을 개폐할 수 있게 상기 배관라인에 장착된 개폐밸브와, 상기 각각의 배터리 모듈로 공급되는 상기 소화액을 감소시킬 수 있게 상기 배관라인에 장착된 지연밸브를 구비하는 것이 바람직하다. 이 경우 상기 제어수단은 상기 제1기준치 시간동안 상기 소화액이 분사될 때에는 상기 개폐밸브 및 상기 지연밸브를 모두 개방시키고, 상기 제2기준치 시간동안 상기 감지센서로 온도나 가스를 측정할 때에는 상기 개폐밸브를 폐쇄시키고, 상기 제2기준치 시간동안 측정된 온도나 가스가 제3기준치의 온도나 가스보다 높을 경우에는 상기 지연밸브를 폐쇄시킨다.
또한, 상기 배터리 모듈용 소화시스템에 있어서, 상기 배관라인은 상기 소화액탱크에서 상기 배터리 모듈로 상기 소화액을 공급하기 위한 메인배관과, 상기 메인배관에서 한 쌍이 상기 각각의 배터리 모듈로 상기 소화액을 공급할 수 있게 분기된 분기배관과, 상기 각각의 배터리 모듈로 분기된 분기배관이 상기 배터리 모듈로 공급될 수 있게 합쳐진 분사배관을 구비하는 것이 바람직하다. 이 경우 상기 분사수단은 상기 개폐밸브는 상기 분사배관을 개폐하며, 상기 지연밸브는 상기 한 쌍의 분기배관 중 어느 하나의 분기배관을 개폐한다.
본 발명에 따른 배터리 모듈의 소화방법은 제1감지단계와, 급속분사단계와, 제2감지단계와, 지연분사단계를 포함한다. 상기 제1감지단계는 각각의 배터리 모듈에서 발생된 온도나 가스를 측정한다. 상기 급속분사단계는 상기 제1감지단계에서 상기 배터리 모듈의 열폭주가 감지되면 상기 열폭주가 감지된 배터리 모듈로 소화액을 제1기준치 시간동안만 분사시킨다. 상기 제2감지단계는 상기 급속분사단계 후 상기 열폭주가 감지된 배터리 모듈에서 발생된 온도나 가스를 제2기준치 시간동안 측정한다. 상기 지연분사단계는 상기 제2감지단계 동안 측정되는 온도나 가스가 제3기준치의 온도나 가스보다 높이 올라갈 경우 상기 급속분사단계에서 분사되는 양보다 작은 양으로 상기 열폭주가 감지된 배터리 모듈에 소화액을 분사시킨다.
또한, 상기의 배터리 모듈의 소화방법에 있어서, 상기 지연분사단계는 상기 급속분사단계에서 분사되는 소화액의 양의 반 보다 크지 않는 소화액을 분사시키는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 열폭주가 발생하면 1차적으로 소화액을 분사시켜 열폭주를 진압한 후 일정한 시간동안 온도나 가스를 측정하여 배터리 모듈의 온도나 가스가 증가하면 1차 분사시보다 적은 양으로 2차적으로 소화액을 지속적으로 분사한다. 이로인하여 배터리 모듈의 내부에서 화학반응에 의하여 후차적으로 발생되는 화재를 진압할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 소화시스템의 일 실시예의 개념도,
도 2는 도 1에 도시된 실시예의 제어수단과 소화액탱크의 개념도,
도 3은 도 1에 도시된 실시예의 배관라인과 분사수단의 개념도,
도 4는 도 1의 실시예를 사용한 소화방법의 개념도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명에 따른 소화시스템 및 소화방법의 일 실시예를 설명한다.
본 발명에 따른 무정전 전원 장치나 에너지 저장시스템 등에 적용되는 배터리 모듈용 소화시스템은 소화액탱크(10)와, 배관라인(20)과, 감지센서(30)와, 분사수단(40) 및 제어수단(50)을 포함한다.
소화액탱크(10)는 배터리 모듈(1)의 열폭주나 화재를 진압하기 위한 소화액이 저장된다.
배관라인(20)은 소화액탱크(10)에서 각각의 배터리 모듈(1)로 소화액이 공급될 수 있도록 연결된다. 즉 배관라인(20)은 소화액탱크(10)에서 나와서 각각의 배터리 모듈(1)로 들어간다. 이때 배관라인(20)은 메인베관(21)과, 분기배관(23)과, 분사배관(25)을 구비한다.
메인배관(21)은 소화액탱크(10)에서 나온다. 분기배관(23)은 메인배관(21)에서 배터리 모듈(1)로 소화액을 공급할 수 있게 각각의 배터리 모듈(1)로 한 쌍이 메인배관(21)에서 분기되어 유입된다. 즉 각각의 배터리 모듈(1)로 메인배관(21)에서 분기된 한 쌍의 분기배관(23)이 유입된다. 분사배관(25)은 각각의 배터리 모듈(1)로 유입된 한 쌍의 분기배관(23)이 합쳐져서 형성된다. 본 실시예의 경우 분사배관(25)의 단면적은 한 쌍의 분기배관(23)의 단면적의 합과 동일하게 형성된다.
분사수단(40)은 배터리 모듈(1)로 소화액의 양을 조절하여 분사할 수 있게 각각의 배터리 모듈(1)로 공급되는 각각의 배관라인(20)에 장착된다. 이를 위해서 분사수단(40)은 개폐밸브(41)와 지연밸브(43)를 구비한다.
개폐밸브(41)는 배터리 모듈(1)로 공급되는 소화액을 개폐할 수 있다. 그래서 본 실시예의 경우 개폐밸브(41)는 각각의 분사배관(25)에 장착된다. 그래서 개폐밸브(41)가 개방되면 분사배관(25)을 통하여 소화액이 배터리 모듈(1)로 분사될 수 있고, 개폐밸브(41)가 폐쇄되면 배터리 모듈(1)로 소화액이 분사되지 못한다.
지연밸브(43)는 각각의 배터리 모듈(10로 공급되는 소화액을 감소시켜 분사될 수 있도록 배관라인(20)에 장착된다. 본 실시예의 경우 지연밸브(43)는 배터리 모듈(1)로 유입된 한 쌍의 분기배관(23) 중 어느 하나를 개폐할 수 있게 어느 하나의 분기배관(23)에 장착된다. 그래서 지연밸브(43)가 개방되면 2개의 분기배관(23)에서 공급되는 소화액이 모두 분사배관(25)으로 공급되지만, 지연밸브(43)가 폐쇄되면 하나의 분기배관(23)에서 공급되는 소화액만 분사배관(25)으로 공급된다. 따라서 지연밸브(43)가 폐쇄되면 분기배관(23)이 개방되었을 때와 비교하여 분사되는 소화액은 반으로 줄어든다.
제어수단(50)은 배터리 모듈(1)에 열폭주가 감지되면 감지된 배터리 모듈(1)로 소화액을 분사한다. 상세히 설명하면 제어수단(50)은 먼저 감지센서(30)에서 열폭주가 감지되면 열폭주가 발생한 배터리 모듈(1)로 제1기준치 시간동안만 소화액이 분사될 수 있게 분사수단(40)을 개방한다. 배터리 모듈(1)이 열폭주가 발생되면 배터리 모듈(1)의 온도가 올라갈 뿐만 아니라 가스가 발생되므로 감지센서(30)로는 온도센서나 가스센서 또는 이들 센서 모두가 사용될 수 있다. 이때에는 소화액을 급속히 분사시킬 수 있도록 개폐밸브(41) 및 지연밸브(43) 모두를 개방시킨다. 본 실시예의 경우 배터리 모듈(1)의 열폭주가 진압되도록 3분의 시간동안 소화액을 분사시킨다. 그러면 배터리 모듈(1)의 열폭주는 진압되고 냉각된다.
배터리 모듈(1)의 경우 소화액이 분사되어 열폭주가 진압되더라도 내부적으로 화학반응이 계속 발생할 경우 일정시간이 지나면 다시 배터리 모듈(1)이 가열되어 나중에는 폭발까지 진행된다. 그래서 배터리 모듈(1)의 열폭주를 진압하기가 어려우며, 완전히 진압하기 위해서는 내부적으로 화학반응이 끝날때까지 소화액을 계속 분사시켜야 한다. 이는 소화액탱크(10)에 저장될 수 있는 소화액은 한계가 있기 때문에 어렵다.
종래의 소화시스템의 경우 배터리 모듈(1)에 열폭주가 발생되면 소화액을 급속히 분사하여 배터리 모듈(1)의 열폭주를 진압한다. 이 경우 일시적으로는 배터리 모듈(1)이 냉각되어 열폭주가 진압되더라도 내부에서는 화학반응이 계속 진행되어 일정 시간이 지나면 다시 배터리 모듈(1)이 가열된다. 이때에는 소화액이 모두 소진되었기 때문에 배터리 모듈(1)의 열폭주를 진압할 수 없다는 문제가 있었다.
그래서 본 실시예에서 제어수단(50)은 배터리 모듈(1)에 열폭주가 감지되면 제1기준치의 시간동안만 소화액을 분사하여 열폭주를 진압한 후 개폐밸브(41)를 폐쇄한다.
그리고 제어수단(50)은 감지센서(30)에서 열폭주가 발생된 배터리 모듈(1)의 온도나 가스를 제2기준치 시간동안 측정한다. 본 실시예의 경우 10분간 측정한다. 이때 배터리 모듈(1)의 내부에서 화학반응이 존재할 경우 이 기간동안 배터리 모듈(1)은 가열되며, 화학반응이 없을 경우에는 배터리 모듈(1)은 가열되지 않는다. 제2기준치 시간동안 내에 측정되는 온도가 제3기준치의 온도보다 높이 올라갈 경우 또는 제2기준치 시간 동안 내에 측정되는 가스가 제2기준치의 가스보다 더 많이 감지되는 경우 제어수단(50)은 소화액이 분사되도록 한다. 이때 제어수단(50)은 제1기준치 시간동안 분사되는 양보다 작은 양으로 분사될 수 있도록 한다. 예를들면 본 실시예의 경우 제2기준치 시간동안 내에 측정되는 온도가 200℃ 보다 높이 올라갈 경우 소화액이 분사되도록 한다. 즉 제2기준치 시간동안 내에 온도가 200℃ 보다 높이 올라갈 경우에는 제어수단(50)이 즉시 소화액이 분사되도록 한다. 이 경우 제어수단(50)은 개폐밸브(41)를 개방시키고, 지연밸브(43)를 폐쇄하여 분사되는 소화액이 제1기준치 시간동안 분사되는 소화액의 반으로 분사되도록 한다. 분사되는 소화액을 양을 줄여서 분사시키므로 분사되는 시간이 길어진다. 그래서 배터리 모듈(1)의 내부에 화학반응이 멈출 때까지 소화액을 분사시킬 수 있어서 배터리 모듈(1)의 열폭주를 진압할 수 있다.
본 실시예의 소화시스템을 이용하여 배터리 모듈(1)의 열폭주를 진압하는 소화방법은 제1감지단계(S11)와, 급속분사단계(S13)와, 제2감지단계(S15)와, 지연분사단계(S17)를 포함한다.
제1감지단계(S11)는 제어수단(50)이 감지센서(30)를 사용하여 각각의 배터리 모듈(1)에서 발생되는 온도나 가스를 측정한다.
급속분사단계(S13)은 감지센서(30)에서 배터리 모듈(1)의 열폭주가 감지되면 제어수단(50)은 열폭주가 감지된 배터리 모듈(1)로 소화액을 제1기준치 시간동안만 분사시킨다. 즉 제어수단(50)에 열폭주가 감지된 배터리 모듈(1)로 유입된 분기배관(23)과 분사배관(25)에 장착된 개폐밸브(41)와 지연밸브(43)를 개방시킨다. 그래서 본 실시예의 경우 3분 동안 소화액은 배터리 모듈(1)로 급속 분사된다.
제2감지단계(S15)는 급속분사단계(S13) 후 제어수단(50)은 감지센서(30)를 이용하여 열폭주가 감지된 배터리 모듈(1)의 온도나 가스를 제2기준치 시간동안 측정한다. 본 실시예의 경우 10분 동안 측정한다.
지연분사단계(S17)은 제2감지단계(S15) 동안 측정되는 동안 온도나 가스가 제3기준치 온도나 가스보다 높이 올라갈 경우 제어수단(50)은 급속분사단계(S13)에서 분사되는 양보다 작은 양으로 열폭주가 감지된 배터리 모듈(1)에 소화액을 분사시킨다. 이 경우 제어수단(50)은 개폐밸브(41)는 개방시키고, 지연밸브(43)는 폐쇄시킨다. 그러면 급속분사단계(S13)에서 분사되는 소화액의 반의 유량으로 분사된다. 지연분사단계(S17)에서는 급속분사단계(S17)에 비하여 절반의 유량으로 소화액을 분사시키므로 분사시간을 늘릴 수 있다. 급속분사단계(S13)에서 배터리 모듈(1)의 열폭주가 진압되더라도 내부에서 화학 반응을 할 경우 제2감지단계(S15)에서 배터리 모듈(1)이 가열된다. 이 경우에는 지연분사단계(S17)에서 배터리 모듈(1)의 화학 반응이 끝날 때까지 분사시키므로 배터리 모듈(1)의 열폭주를 진압할 수 있다.
1 : 배터리 모듈 10 : 소화액탱크
20 : 배관라인 21 : 메인배관
23 : 분기배관 25 : 분사배관
30 : 감지센서 40 : 분사수단
41 : 개폐밸브 43 : 지연밸브
50 : 제어수단

Claims (3)

  1. 소화액을 저장한 소화액탱크와,
    상기 소화액탱크에서 각각의 배터리 모듈로 상기 소화액을 공급할 수 있게 연결된 배관라인과,
    각각의 상기 배터리 모듈에서 발생된 온도나 가스를 측정하기 위한 감지센서와,
    상기 각각의 배터리 모듈로 공급되는 상기 소화액을 개폐할 수 있게 상기 배관라인에 장착된 개폐밸브와, 상기 각각의 배터리 모듈로 공급되는 상기 소화액을 감소시킬 수 있게 상기 배관라인에 장착된 지연밸브를 구비하여 상기 배터리 모듈로 상기 소화액의 양을 조절하여 분사시키기 위한 분사수단과,
    상기 감지센서에서 열폭주가 감지되면 상기 열폭주가 발생한 상기 배터리 모듈로 제1기준치 시간동안만 상기 소화액이 분사될 수 있게 상기 분사수단을 개방한 후 폐쇄하고, 그후 상기 감지센서로 제2기준치 시간동안 측정하여 측정되는 온도나 가스가 제3기준치의 온도나 가스보다 높이 올라갈 경우 상기 제1기준치 시간동안 분사되는 양보다 작은 양으로 분사될 수 있게 상기 분사수단을 개방하는 제어수단을 포함하며,
    상기 제어수단은 상기 제1기준치 시간동안 상기 소화액이 분사될 때에는 상기 개폐밸브 및 상기 지연밸브를 모두 개방시키고, 상기 제2기준치 시간동안 상기 감지센서로 온도나 가스를 측정할 때에는 상기 개폐밸브를 폐쇄시키고, 상기 제2기준치 시간동안 측정된 온도나 가스가 제3기준치의 온도나 가스보다 높을 경우에는 상기 지연밸브를 폐쇄시키는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈용 소화시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배관라인은 상기 소화액탱크에서 상기 배터리 모듈로 상기 소화액을 공급하기 위한 메인배관과, 상기 메인배관에서 한 쌍이 상기 각각의 배터리 모듈로 상기 소화액을 공급할 수 있게 분기된 분기배관과, 상기 각각의 배터리 모듈로 분기된 분기배관이 상기 배터리 모듈로 공급될 수 있게 합쳐진 분사배관을 구비하며,
    상기 분사수단은 상기 개폐밸브는 상기 분사배관을 개폐하며, 상기 지연밸브는 상기 한 쌍의 분기배관 중 어느 하나의 분기배관을 개폐하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈용 소화시스템.
  3. 각각의 배터리 모듈에서 발생된 온도나 가스를 측정하는 제1감지단계와,
    상기 제1감지단계에서 상기 배터리 모듈의 열폭주가 감지되면 상기 열폭주가 감지된 배터리 모듈로 소화액을 제1기준치 시간동안만 분사시키는 급속분사단계와,
    상기 급속분사단계 후 상기 열폭주가 감지된 배터리 모듈에서 발생된 온도나 가스를 제2기준치 시간동안 측정하는 제2감지단계와,
    상기 제2감지단계 동안 측정되는 온도나 가스가 제3기준치의 온도나 가스보다 높이 올라갈 경우 상기 급속분사단계에서 분사되는 양보다 작은 양으로 상기 열폭주가 감지된 배터리 모듈에 소화액을 분사시키는 지연분사단계를 포함하며,
    상기 지연분사단계는 상기 급속분사단계에서 분사되는 소화액의 양의 반 보다 크지 않는 소화액을 분사시키는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 소화방법.
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