도 1 a에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 일례로 원통형 배터리 셀(200)은 도 1b의 양극 단자(1)와 전해액 하우징(7)과 전해액 하우징(7)의 양단에서 쇼트를 방지하는 탑 인슐레이터(Top Insulator; 6)와 바텀 인슐레이터(Bottom Insulator; 8)를 포함하고, 상기 전해액 하우징(7) 내에는 양극/음극/세퍼레이터 권취 구성체가 함침되며, 전해액 누액 방비와 양극/음극 절연을 위한 개스킷(5)과 안전을 위해 전지 내압 상승 시 가스를 방출하는 벤트(4)와 내압 상승 시 벤트(4)에 의해 전류를 차단하는 CID(3) 등으로 구성된다.As shown in FIG. 1A, as an example according to the present invention, the cylindrical battery cell 200 is a top insulator that prevents short circuits at both ends of the positive terminal 1, the electrolyte housing 7 and the electrolyte housing 7 of FIG. 1B. (Top Insulator; 6) and a bottom insulator (8), the anode/cathode/separator winding structure is impregnated in the electrolyte housing 7, and a gasket for preventing electrolyte leakage and insulating anode/cathode ( 5) And for safety, it consists of a vent (4) that discharges gas when the internal pressure of the battery increases, and a CID (3) that blocks the current by the vent (4) when the internal pressure increases.
도 2a는 배터리 셀(200)를 장착한 배터리 모듈(201)과 배터리 모듈(201)의 전단부에 서브 BMS(204)가 플레이트 형태로 부착되어 각 배터리 셀(200)의 상태를 관리한다.In FIG. 2A, a battery module 201 in which the battery cell 200 is mounted and a sub-BMS 204 are attached to the front end of the battery module 201 in a plate shape to manage the state of each battery cell 200.
도 2b는 모듈내 서브 BMS(204)와 연결된 통합 환경 감시 센서가 배치되는 지점을 표시하는 도면이다. 환경 감시 센서에는 온도센서와 습도센서를 포함하며 배터리를 감싸는 모듈 내 환경이 일정하다고 가정함으로써 측정된 온도와 습도는 공간의 주변 온도와 습도를 대표한다. 배터리의 표면 온도는 배터리에 부착된 써미스터 센서로 측정할 수 있다. 이로써 측정된 주변 온도와 습도 그리고 배터리 표면의 온도를 이용하여 배터리 표면에서의 결로현상을 예측한다.FIG. 2B is a diagram showing a point at which an integrated environmental monitoring sensor connected to the sub-BMS 204 in the module is disposed. The environmental monitoring sensor includes a temperature sensor and a humidity sensor, and assuming that the environment inside the module surrounding the battery is constant, the measured temperature and humidity represent the ambient temperature and humidity of the space. The surface temperature of the battery can be measured with the thermistor sensor attached to the battery. By using the measured ambient temperature and humidity and the temperature of the battery surface, the condensation phenomenon on the battery surface is predicted.
도 2b는 서브 BMS(204)와 연결된 써미스터 온도 센서(200-2)를 표시하는 도면이다. 써미스터 온도 센서(200-2)는 볼트에 의해 배터리 단자 플레이트(200-1)와 배터리(200)가 각각 직병렬로 연결된 상태에서 배터리 단자 플레이트(200-1)의 일부 볼트 구멍에 끼워져 온도를 전달받아 측정하는 센서이다.2B is a diagram showing the thermistor temperature sensor 200-2 connected to the sub-BMS 204. Thermistor temperature sensor 200-2 transmits temperature by being inserted into some bolt holes of the battery terminal plate 200-1 while the battery terminal plate 200-1 and the battery 200 are connected in series and parallel with each other by bolts. It is a sensor that receives and measures.
도 2c에서 본 발명에 따른 환경 감시 센서(200-5)의 위치는 모듈 전면부에 위치하고, 배터리 셀을 직병렬 연결하는 배터리 단자 플레이트(200-1)에 온도센서가 부착되어 여기서 측정된 온도는 배터리 표면 온도를 대표한다고 가정하였고 배터리 모듈(201) 내 습도 또한 모듈 공간 내 일정하다고 가정하여 결로 예측을 한다. In Figure 2c, the location of the environment monitoring sensor 200-5 according to the present invention is located on the front of the module, and a temperature sensor is attached to the battery terminal plate 200-1 connecting the battery cells in series and parallel, so that the measured temperature is It is assumed that the surface temperature of the battery is representative and the humidity in the battery module 201 is also constant in the module space, and condensation is predicted.
상기 환경 감시 센서(200-5)에는 배터리를 포함하는 공간 내 주변 온/습도를 감지하는 온도 습도 센서 모듈이 포함되며 배터리(200)로부터 이격되어 설치되어 가스를 감지하는 가스 센서 모듈을 포함 할 수 있고 공간 내 분진의 정도를 감지하는 분진 및 연기 감지 센서를 포함할 수 있다.The environmental monitoring sensor 200-5 includes a temperature/humidity sensor module that detects ambient temperature/humidity in a space including a battery, and is installed spaced apart from the battery 200 to include a gas sensor module that detects gas. And it may include a dust and smoke detection sensor that detects the degree of dust in the space.
본 발명에서 환경 감시 센서는 환경 감시 센서와 연계된 BMS로 측정된 정보를 전송하고 상기 BMS는 전송받은 정보를 연산하여 경보 단계를 판단하고 이를 상위 BMS 또는 관리자에게 전송한다. 일실시예로 도 2d에 도시된 바와 같이 환경 감시 센서와 연계된 서브 BMS(204)는 환경 감시 센서의 측정값으로 연산하고 경보 여부 등을 계산 판단하며 이를 상위 BMS(203) 또는 관리자(예 : 관리자 단말기)에 전송한다. In the present invention, the environmental monitoring sensor transmits the measured information to the BMS linked with the environmental monitoring sensor, and the BMS calculates the transmitted information to determine an alarm stage and transmits it to the upper BMS or the administrator. In one embodiment, as shown in FIG. 2D, the sub-BMS 204 linked with the environmental monitoring sensor calculates the measured value of the environmental monitoring sensor, calculates whether or not an alarm, etc. To the administrator terminal).
본 발명에서 배터리 표면에서 결로 현상을 예측하기 위하여, 상기 배터리를 포함하는 공간 내 배치된 환경 감시 센서 모듈에서 측정한 주변 온도값, Ta,를 다음 수학식 1을 이용하여 포화수증기압 Psat을 구한다. In the present invention, in order to predict the condensation phenomenon on the battery surface, the ambient temperature value, T a , measured by the environmental monitoring sensor module disposed in the space including the battery is obtained by using the following equation (1) to obtain the saturated water vapor pressure P sat. .
그리고 포화수증기압 Psat과 상기 환경 감시 센서 모듈에서 측정된 상대습도 rh로부터 다음 수학식 2를 이용하여 현재 수증기압 Pvap를 구한다.And from the saturated water vapor pressure P sat and the relative humidity r h measured by the environmental monitoring sensor module, the current water vapor pressure P vap is obtained using Equation 2 below.
그리고 현재 수증기압 Pvap로부터 다음 수학식 3을 이용하여 결로 온도 Td를 구한다. And the condensation temperature T d is obtained from the current water vapor pressure P vap using the following equation (3).
상기 계산된 결로 온도,Td,와 배터리 표면에 부착된 써머스터로 측정된 표면 온도, TS, 와의 차이값 (Td-TS)을 계산하여 그 차이값이 허용 온도 차이보다 작을시 결로 발생 가능으로 판단하여 1차 경고를 발생하고 그 차이값이 0과 같거나 작을시 결로가 형성된 것으로 판단하여 2차 경고를 발생하여 BMS를 통해 관리자에게 전송하도록 한다.
Calculate the difference (T d -T S ) between the calculated condensation temperature, T d , and the surface temperature, T S , and measured by the thermostat attached to the battery surface, and when the difference is less than the allowable temperature difference, condensation It is determined that it is possible to generate a first warning, and if the difference value is equal to or less than 0, it is determined that condensation has formed, and a second warning is generated and transmitted to the administrator through the BMS.
상기와 같은 방법으로 결로를 예측하더라도 공간내에 분진이 존재할 때, 수분과 분진의 결합으로 절연거리가 줄어 사고의 위험이 증대될 수 있다. 이러한 이유를 감안하여, 상기 환경 감시 센서에 분진 및 연기 감지 센서를 포함하고 있어서 상기 온/습도를 나타내는 공간 내의 분진의 대한 정보가 있을 때, 결로에 의한 경보를 판단하기 위해 사용한 허용 온도차를 보다 큰 값으로 정한다. Even if condensation is predicted by the above method, when dust exists in the space, the insulation distance may be reduced due to the combination of moisture and dust, increasing the risk of an accident. In consideration of this reason, when the environmental monitoring sensor includes a dust and smoke detection sensor, when there is information on the dust in the space indicating the temperature/humidity, the allowable temperature difference used to determine the alarm due to condensation is larger. It is set by the value.
본 발명에서 배터리실내의 환경을 감시하고 배터리 운영에 최적의 환경을 제공하는 목적으로 배터리가 설치된 공간 또는 함체내 복수의 지점에 환경 감시 센서를 설치하고 설치된 지점의 주변 습도를 감시한다. 상기 공간 내 각 지점에서의 같은 시간에 측정된 습도 데이터 중 가장 큰 값과 가장 작은 값의 차이를 계산하여 공간 내 최대 습도 차이를 계산한다. 계산된 최대 습도 차이가 허용 습도차이를 넘어설 때, 가장 큰 값이 측정된 지점 인근에서 수분 집결 현상을 발생할 수 있다고 판단하여 관리자 단말기에 경보 신호를 전송한다.In the present invention, for the purpose of monitoring the environment in the battery room and providing an optimal environment for battery operation, an environment monitoring sensor is installed in a space where a battery is installed or a plurality of points in the enclosure, and the ambient humidity at the installed point is monitored. The maximum humidity difference in the space is calculated by calculating the difference between the largest value and the smallest value among the humidity data measured at the same time at each point in the space. When the calculated maximum humidity difference exceeds the allowable humidity difference, it is determined that moisture collection may occur in the vicinity of the point where the largest value is measured, and an alarm signal is transmitted to the administrator terminal.
도 2e는 전단부에 서브 BMS(204)를 장착한 복수개의 배터리 모듈(201-1 ~ 201-n)을 감싸는 랙(100)의 내부 상측부에 랙 BMS(203)가 위치하고, 열교환을 위해 랙 내부에서 외부로 강제 배출하는 경우, 상기 랙(100)의 상측부 중앙부 또는 전면부 중앙에 배출팬(101)이 설치된다. 도 2f는 도 2e의 랙(100) 대신 전면부가 외부로 노출된 창을 갖는 프레임을 더 설치하여, 서브 BMS(204)를 장착한 복수개의 배터리 모듈(201-1 ~ 201-n)을 외부에서 관찰할 수 있고, 상기 서브 BMS(204)의 측면이나 정면에는 내부 온도나 가스 센서 측정치 또는 알람 단계를 표시할 수 있는 디스플레이창이 더 형성될 수도 있다. Figure 2e is a rack BMS (203) is located on the inner upper side of the rack 100 surrounding a plurality of battery modules (201-1 to 201-n) equipped with the sub-BMS (204) on the front end, the rack for heat exchange In the case of forcibly discharging from the inside to the outside, a discharging fan 101 is installed in the center of the upper part or the center of the front part of the rack 100. 2F is a frame having a window exposed to the outside instead of the rack 100 of FIG. 2E, so that a plurality of battery modules 201-1 to 201-n equipped with the sub-BMS 204 are installed from the outside. It can be observed, and a display window may be further formed on the side or front of the sub-BMS 204 to display internal temperature or gas sensor measurements or alarm steps.
도 2g는 상기 도 2f의 랙을 복수개(100-1, 100-n) 나열한 도면으로서, 내부에 각각 배터리 모듈(201)이 설치되고 하나의 배터리 시스템 역할을 하게 된다.FIG. 2G is a diagram in which a plurality of racks of FIG. 2F (100-1, 100-n) are arranged, in which each battery module 201 is installed and serves as one battery system.
랙(100) 상측판의 정 중앙에 배치되는 가스 센서를 이용하여 정확한 가스 유출을 검출할 수 있고, 랙 BMS(203)는 가스의 농도 변화를 실시간 구간 별로 판단하여 관리자에게 경보할 수 있다.Accurate gas outflow can be detected using a gas sensor disposed in the center of the upper plate of the rack 100, and the rack BMS 203 can determine the change in gas concentration for each real-time section and alert the manager.
도 3a는 가스 센서(120)의 사시도와 절단면도와 시간에 따른 가스 측정치의 변화량(120-4)을 나타내는 그래프를 보여준다. 상기 가스 센서(120)는 MEMS 기판(120-3) 위에 복수개의 전극(electrode; 120-2)이 분리되어 형성되고, 상기 전극(120-2)의 중앙에는 표면에서 VOC 가스에 민감한 금속 산화물(120-1)이 상기 가스에 노출시 저항값이 변경되는 금속산화물(120-1)이 형성된다. 3A is a perspective view and a sectional view of the gas sensor 120 and a graph showing the amount of change 120-4 of the measured gas value over time. The gas sensor 120 is formed by separating a plurality of electrodes 120-2 on the MEMS substrate 120-3, and at the center of the electrode 120-2, a metal oxide sensitive to VOC gas ( When 120-1) is exposed to the gas, a metal oxide 120-1 whose resistance value is changed is formed.
본 발명의 일실시예에 따른 가스 센서(예 : MEMS형 VOC 가스센서; 120)의 동작 원리를 살펴보면, 금속 산화물(MEMS 기판 메탈 옥사이드, metal oxide; 120-1)가 전극(electrode; 120-2)에 본딩되어 가스를 검출한다. 상기 가스 검출이란 배터리가 운용되고 있는 공간에서 존재하는 상기 가스의 농도 변화를 말하며 센서 신호값이란 센서 감지 판이 공기와 접촉하여 변화하는 전기 신호를 말하며 전압 및 저항을 포함 한다. 예를 들면, 금속산화물 센서의 경우, 상기 가스에 민감한 금속 산화물(120-1)이 상기 가스에 노출시 금속 산화물 층의 전도도 변화를 측정하여 가스의 양을 결정한다. 측정된 센서 신호의 변화로 검출된 가스의 양을 판단하여 경보신호를 발생하는 것을 특징으로 한다.Looking at the operating principle of a gas sensor (eg, MEMS type VOC gas sensor; 120) according to an embodiment of the present invention, a metal oxide (MEMS substrate metal oxide; 120-1) is an electrode (electrode; 120-2). ) To detect gas. The gas detection refers to a change in the concentration of the gas existing in the space in which the battery is operated, and the sensor signal value refers to an electric signal that changes when the sensor detection plate contacts air, and includes voltage and resistance. For example, in the case of a metal oxide sensor, when the gas-sensitive metal oxide 120-1 is exposed to the gas, a change in conductivity of the metal oxide layer is measured to determine the amount of gas. It is characterized in that an alarm signal is generated by determining the amount of gas detected by a change in the measured sensor signal.
상기 가스 센서는 금속산화물, 화학저항식, 반도체식, 광이온, 및 적외선 센서를 포함하는 모든 종류의 가스 센서를 일컫는다.The gas sensor refers to all kinds of gas sensors including metal oxide, chemical resistance, semiconductor, photoion, and infrared sensors.
도 3b는 도 3a의 가스 센서를 자세히 보여주는 확대 사진과 내부 투과 사진이다. 3B is an enlarged photograph and an internal transmission photograph showing the gas sensor of FIG. 3A in detail.
상기 가스 센서(120)를 포함하는 센서 PCB 감지판(301)과 아날로그 디지털 컨버터(303)와 I2C 인터페이스(304)로 구성된다.It consists of a sensor PCB detection plate 301 including the gas sensor 120, an analog-to-digital converter 303, and an I2C interface 304.
도 3c는 외부 공기 유입팬 배출팬(101) 상측부 또는 그 위치에 대신하여 설치되는 기판(300)으로서 관통홀(306)을 포함하는 통풍형 기판(302) 위에 상기 가스 센서(120)가 설치되는 가스감지판(301)과 상기 가스 센서(120)의 저항값을 전달받아 디지털로 변환하는 AD 컨버터(AD Converter; 303)와 I2C 인터페이스(304)가 형성된다.3C shows the gas sensor 120 is installed on the ventilated substrate 302 including the through hole 306 as the substrate 300 installed on the upper side of the external air inlet fan or outlet fan 101 or in place of the position thereof. An AD converter 303 and an I2C interface 304 that receive and convert a resistance value of the gas sensor 120 into a digital conversion are formed.
본 발명에 따른 가스센서(120)는 강제 공기 흐름이 없는 경우, 주변 상온 온도에서는 배터리 이상으로 배터리로 부터 배출되는 가스는 위로 상승하는 경향이 있으므로 배터리를 감싸는 공간 내 상부에 배치하는 것이 바람직하다. When there is no forced air flow, the gas sensor 120 according to the present invention is preferably disposed above the space surrounding the battery because the gas discharged from the battery tends to rise above the battery at ambient room temperature.
상기 가스센서(120')는 강제 공기 흐름이 있는 경우, 공기흐름 경로의 배출구에 설치하는 하며 강제 팬 근처에 설치하는 경우에는 공기 속도의 영향으로부터 영향을 덜 받도록 설치하여야 한다.When there is a forced air flow, the gas sensor 120 ′ is installed at the outlet of the air flow path, and when installed near the forced fan, it should be installed so that it is less affected by the influence of the air velocity.
도 4에 도시한 바와 같이, 배터리 실(100') 내에는 복수개의 배터리(200)를 감싸는 랙(100), 상기 배터리 실내 외부 공기 유입을 위한 개구부, 상기 개구부를 통해 유입되는 공기에 포함된 가스를 검출하는 비교 센서(120'), 상기 랙 내의 휘발성 유기 화합물 가스를 검출하고, 상기 랙(100)내 상측부의 정 중앙에 배치되는 가스 감시 센서(120);를 포함한다. 상기 가스 감시 센서(120)는 상기 랙(100)의 외측 또는 내측에 배치될 수 있다.As shown in FIG. 4, in the battery compartment 100 ′, a rack 100 surrounding a plurality of batteries 200, an opening for introducing air from the inside of the battery, and gas contained in the air introduced through the opening. And a comparison sensor 120 ′ for detecting, and a gas monitoring sensor 120 disposed in the center of the upper portion of the rack 100 to detect a volatile organic compound gas in the rack. The gas monitoring sensor 120 may be disposed outside or inside the rack 100.
아래 표 1을 참고하면, 본 발명은 상기 가스 센서를 이용하여 일반적으로 열 폭주 임박, 과용 조건, 정상 운용으로 나누어 경보 판단 기준을 정한다.Referring to Table 1 below, in the present invention, an alarm determination criterion is determined by dividing into an impending thermal runaway, an overuse condition, and a normal operation using the gas sensor.
이러한 기준은 이하에서 설명하는 알람 상수값 0에서 2까지로 분류되어 관리자에게 전송될 수 있다.This criterion may be classified into an alarm constant value of 0 to 2, which will be described below, and may be transmitted to an administrator.
예를 들어 알람 상수 0은 정상 운용 단계, 알람 상수 1은 과용 단계, 알람 상수 2는 열 폭주 임박 단계로 분류될 수 있다.For example, an alarm constant of 0 may be classified into a normal operation phase, an alarm constant 1 into an overuse phase, and an alarm constant 2 into an impending thermal runaway phase.
도 5a, 도 5b, 도 5c에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예로서 (a) 측정된 가스 센서값(yi)을 통해 EMA(현 EMA)를 연산하는 단계;As an embodiment of the present invention as shown in Figures 5a, 5b, 5c (a) calculating the EMA (current EMA) through the measured gas sensor value (y i );
(b) 상기 EMA로 LB1(허용 민감도), LB2(하한 한계값)를 계산하는 단계;(b) calculating LB1 (permissible sensitivity) and LB2 (lower limit value) using the EMA;
(c) 상기 yi < LB2 인지 확인하는 단계;(c) checking whether the y i <LB2;
(d) 상기 (c) 단계에서 YES이면 알람을 2로 저장하는 단계;(d) storing the alarm as 2 if YES in step (c);
(e) 상기 (c) 단계에서 NO이면, yi < LB1 인지 확인하는 단계;(e) if it is NO in step (c), checking whether y i <LB1;
(f) 상기 (e) 단계에서 NO이면, 상기 알람을 0으로 저장하는 단계;(f) if NO in step (e), storing the alarm as 0;
(g) 상기 (e) 단계에서 YES이면 누적 경고지수(현 경고누적지수)를 계산하고 현 경고누적지수 < 최대 누적지수 인지 확인하여 YES이면 알람을 0으로 정하고 NO이면 알람을 1로 정하는 단계;(g) if YES in step (e), calculating a cumulative warning index (current warning cumulative index), checking whether the current warning cumulative index <the maximum cumulative index, and setting the alarm to 0 if YES and setting the alarm to 1 if NO;
(h) 상기 알람을 관리자 단말기에 전송하는 단계;를 포함한다.and (h) transmitting the alarm to an administrator terminal.
구체적으로 살펴보면, 가스 센서와 연계된 BMS를 통해 상기 알고리즘의 상수인 α, P, n을 미리 설정하고 매 시간마다 업데이트할 변수인 Alarm을 0으로 초기화하고, 측정된 y1을 현 EMA에 저장하고, 이전 EMA를 현 EMA로 정하며, 현 경고누적지수와 전 누경고누적지수를 각각 0으로 초기화하여 저장한다 (현 EMA = y1, 전 EMA=현 EMA, 현 경고누적지수=0, 전 경고누적지수=0, cf=1, i=2); 1단계).Specifically, the constant α, P, and n of the algorithm are set in advance through the BMS linked to the gas sensor, and the variable to be updated every hour, the Alarm, is initialized to 0, and the measured y 1 is stored in the current EMA. , The previous EMA is set as the current EMA, and the current cumulative warning index and the previous leakage alarm cumulative index are initialized to 0 and stored (current EMA = y 1 , previous EMA = current EMA, current warning cumulative index = 0, previous warning cumulative index) Exponent = 0, cf = 1, i = 2); Stage 1).
그리고 yi(i=2)를 읽어 들이고 ((Read yi); 2단계), 현 EMA, 허용 민감도(LB1), 하한 한계값 (LB2)을 계산한다 (현 EMA = (1-α) × 전 EMA + α×yi, LB1 = 현 EMA × (1-P/100.0), LB2 = 현 EMA × (1-P × n/100.0)); 3단계), 상기 yi < LB2 인지 확인하는 5단계에서 YES이면 현 경고누적지수를 최대 누적지수로 저장하고(현 경고누적지수 = 최대 누적지수); 4-1단계), 상기 5-1단계 후에 알람을 2단계로 저장하며(Alarm = 2); 4-2단계), 5단계에서 NO이면, yi < LB1 인지 확인하고(5단계), 상기 5단계에서 NO이면, 현 경고누적지수를 0으로 저장하며(현 경고누적지수 = 0); 5-1단계), 알람을 0으로 저장하고((Alarm = 0); 5-2단계), 상기 5단계에서 YES이면(6단계), 상기 6단계 후에 현 경고누적지수를 계산하여 (7-1단계), 현 경고누적지수 < 최대 누적지수 인지 확인한다(7-2단계).Then read y i (i=2) ((Read y i ); step 2), calculate the current EMA, the permissible sensitivity (LB1), and the lower limit value (LB2) (current EMA = (1-α) × Former EMA + α×y i , LB1 = current EMA × (1-P/100.0), LB2 = current EMA × (1-P × n/100.0)); Step 3), if YES in step 5 of checking whether y i <LB2, the current warning accumulation index is stored as the maximum accumulation index (current warning accumulation index = maximum accumulation index); Step 4-1), storing the alarm in step 2 after step 5-1 (Alarm = 2); Step 4-2), if NO in step 5, check whether y i <LB1 (step 5), and if NO in step 5, store the current warning cumulative index as 0 (current warning cumulative index = 0); Step 5-1), store the alarm as 0 ((Alarm = 0); step 5-2), and if YES in step 5 (step 6), calculate the current warning accumulation index after step 6 (7- Step 1), check if the current warning cumulative index <the maximum cumulative index (step 7-2).
상기 7-1단계에서 현 경고누적지수를 결정하기 위해 yi < yi-1 인지를 판단하고 YES이면 현 경고누적지수는 전 경고누적지수에 1을 더하고, NO이면 전 경고누적지수 =1인지를 판단하여 YES 이면 현 누적 경고 지수를 1로 정하고 NO이면 현 누적 경고 지수는 이전 누적 경고 지수에서 1을 뺀 값으로 정한다.In step 7-1 , it is determined whether y i <y i-1 to determine the current warning accumulation index, and if YES, the current warning accumulation index adds 1 to the previous warning accumulation index, and if NO, the previous warning accumulation index =1. If YES, the current cumulative warning index is set as 1, and if NO, the current cumulative warning index is determined by subtracting 1 from the previous cumulative warning index.
상기 7-2단계에서 NO이면 알람을 0으로 저장하고((Alarm = 0); 8-1단계), 상기 7단계에서 YES이면 알람을 1로 저장하고 ((Alarm = 1); 8-2단계), 상기 알람을 관리자에게 전송하고 (9단계), 상기 9단계에서 현 시간에 저장된 데이터를 이전 데이터로 저장하고 i에 1을 증가 시키고 다음 시간으로 넘어간다(전 EMA = 현 EMA, 전 경고누적지수 = 현 경고누적지수, yi-1 = yi, i = i+1); 10단계)If NO in step 7-2, the alarm is stored as 0 ((Alarm = 0); step 8-1), and if YES in step 7, the alarm is stored as 1 ((Alarm = 1); step 8-2 ), transmits the alarm to the administrator (step 9), stores the data stored at the current time in step 9 as the previous data, increases i to 1, and advances to the next time (previous EMA = current EMA, previous warning accumulated Exponent = current cumulative warning index, y i-1 = y i , i = i+1); Step 10)
일실시예로서 도 6에서 배터리 이상으로 인한 가스 검출을 나타내는 센서 신호값의 시간에 따른 변화를 보여주며 센서 신호값이 허용 민감도와 허용 한계값을 벗어난 경우 그에 따른 알람 상수를 결정하여 그에 따른 경보를 발생한다.As an embodiment, the change over time of the sensor signal value indicating gas detection due to a battery abnormality is shown in FIG. 6, and when the sensor signal value exceeds the permissible sensitivity and the permissible limit value, an alarm constant is determined accordingly, and an alarm accordingly Occurs.
도 7에 도시된 바와 같이 본 발명은 배터리가 설치된 실내나 함체에 외부 공기 유입을 위한 개구부가 장착되어 유입된 외부 공기에 포함된 가스에 의한 경보 오작동을 방지하기 위해, 상기 개구부 근처에 설치된 비교 센서 (Sensor X)에서 가스유출이 감지되면 상기 비교 센서와 배터리 가스 유출을 감지하는 감시 센서(Sensor Y)의 센서값을 비교 연산하여 알람 교정 상수(cf)를 결정한다. cf는 0 또는 1의 값을 가지며 가스 감시 센서에서 발생한 알람 값에 cf 값을 곱하여 알람값을 재차 정의한다. As shown in Figure 7, the present invention is a comparison sensor installed near the opening in order to prevent an alarm malfunction due to gas contained in the introduced external air by mounting an opening for introducing external air into an interior or enclosure in which a battery is installed. When gas leakage is detected by (Sensor X), the alarm calibration constant (cf) is determined by comparing and calculating a sensor value of the comparison sensor and a monitoring sensor (Sensor Y) that detects battery gas leakage. cf has a value of 0 or 1, and the alarm value is redefined by multiplying the alarm value generated by the gas monitoring sensor by the cf value.
상기 cf를 결정하기 위해, 비교 센서(Sensor X)에서 계산된 현 경고누적지수 > 0 인지 판단하고 (제1단계), 상기 1단계에서 NO 이면 cf = 1 정하고 (제2-1단계), YES 이면 전 경고누적지수 = 0인지 판단하여 (제2-2단계), 상기 2-2단계에서 YES이면 비교 센서 신호값을 이용하여 노름 Hx =(현 EMAx - xi)/현EMAx, Ax = 노름 Hx × dt를 계산하고 감시 센서 신호값을 이용하여 노름 Hy =(현 EMAy - yk)/현 EMAy, Ay = 노름 Hy × dt를 계산하며 (제3-1단계), 상기 2-2단계에서 NO이면 비교 센서 신호값을 이용하여 노름 Hx =(현 EMAx - xi)/현 EMAx, Ax= Ax+ 노름 Hx × dt를 계산하고 감시 센서 신호값을 이용하여 노름 Hy =(현 EMAy - yi)/현 EMAy, Ay= Ay + 노름 Hy × dt를 계산하고 (제3-2단계), Ax - Ay < 임계값을 확인하며 (제4 단계), 상기 4단계에서 NO 이면 cf =0로 저장하고 YES이면 cf=1으로 저장한다 (제 5단계)To determine the cf, it is determined whether the current warning accumulation index calculated by the comparison sensor (Sensor X)> 0 (step 1), and if NO in step 1, cf = 1 (step 2-1), YES If it is, it is determined whether the total warning accumulation index = 0 (step 2-2), and if YES in step 2-2, the norm H x = (current EMA x -x i )/current EMA x , Calculate A x = norm H x × dt and calculate the norm H y = (current EMA y -y k )/current EMA y , A y = norm Hy × dt using the monitoring sensor signal value (Part 3-1 Step), if NO in step 2-2 above, calculate and monitor the norm H x = (current EMA x -x i )/current EMA x , A x = A x + norm H x × dt using the comparison sensor signal value. Using the sensor signal value, calculate the norm H y = (current EMA y -y i )/current EMA y , A y = A y + norm H y × dt (Step 3-2), and A x -A y <Check the threshold value (step 4), if NO in step 4, cf = 0, and if YES, save as cf = 1 (step 5)
도 8에서 도시한대로 본 발명에서 상기 cf를 이용하여 가스 감시 센서에서 발생한 알람값을 (cf × 알람)으로 재정의하고 관리자에게 전송한다. 이를 테면 cf=0 일 때, 감시 센서에서 감지한 가스는 외부에서 유입된 가스라고 판단하여 가스 감시 센서에서 발생한 알람을 0으로 재정의하며, cf=1일 때, 외부에서 유입된 가스의 영향이 없다고 판단하여 가스 감시 센서에서 계산된 알람 상수를 그대로 유지한다. As shown in FIG. 8, in the present invention, the alarm value generated by the gas monitoring sensor is redefined to (cf × alarm) by using the cf and transmitted to the administrator. For example, when cf = 0, the gas detected by the monitoring sensor is judged to be a gas that has been introduced from the outside, and the alarm generated by the gas monitoring sensor is redefined to 0. When cf = 1, there is no influence of the gas introduced from the outside. It determines and maintains the alarm constant calculated by the gas monitoring sensor as it is.
도 9에서 일례로 외부 공기 유입으로 가스가 감지되는 경우, 비교 가스 센서와 감시 센서의 시간에 따른 센서 신호값의 변화를 보여주고 있다.In FIG. 9, as an example, when gas is detected due to inflow of external air, changes in sensor signal values of the comparison gas sensor and the monitoring sensor over time are shown.
도 10에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예로서 가스 센서를 이용하여 배터리에서 배출되는 가스를 검출하고 검출 가스 농도의 변화를 계산하고 그에 따른 경보를 발생하는 알고리즘은, 먼저 상기 가스 센서와 연계된 BMS를 통해 센서 신호 측정값의 이력 데이터를 두 샘플 데이터 구간으로 나누어 저장하는 것으로 시작한다. As shown in FIG. 10, as an embodiment of the present invention, an algorithm for detecting gas discharged from a battery using a gas sensor, calculating a change in the detected gas concentration, and generating an alarm accordingly, is first linked with the gas sensor. It starts by dividing the historical data of the sensor signal measurement value into two sample data sections and storing it through the BMS.
상기 두 샘플 구간은 가장 최근 M개의 data 개수로 구성된 가스 data 샘플 X = [x1,x2, …, xM](총 M개)과, 상기 data 샘플이전에 기록된 L개의 데이터 개수로 구성된 기준 data 샘플 Y=[y1,y2, …, yL]으로 구성된다. 상기 가스 data 샘플과 기준 data 샘플을 통해 상기 가스 센서와 연계된 BMS가 가스 농도 변화량에 따른 농도의 이상 증가량을 판단하고 단계별 경고를 발생시킨다. The two sample sections are gas data samples consisting of the most recent M number of data X = [x 1 ,x 2 ,… , x M ] (total M) and the reference data sample Y=[y 1 ,y 2 , …] consisting of the number of L data recorded before the data sample. , y L ]. Through the gas data sample and the reference data sample, the BMS linked to the gas sensor determines an abnormal increase in concentration according to the change in gas concentration, and generates a step-by-step warning.
이를 테면 두 샘플 그룹의 평균을 비교하여 통계적 유의성을 분석하는 Two sample test를 수행() 한다. 두 그룹의 평균값의 차이가 0이라는 가설 검정을 세우고 그에 따른 t-통계값을 계산하고 두 그룹이 이분산이라고 가정하여 자유도를 구한다. 상기 자유도에 따른 t 분포에서 p-value를 결정한다. 미리 정한 알람단계에 따른 유의수준과 상기 p-value 값을 비교하여 가설을 검증한다. 검증 결과에 따라 알람 상수를 결정한다. 즉 t-statistics 으로 두 그룹의 평균을 비교하여 가스 이상 증가 유무를 판단한다. For example, a two sample test is performed to analyze statistical significance by comparing the mean of two sample groups ( ) do. A hypothesis test is established that the difference between the mean values of the two groups is 0, and the corresponding t-statistic is calculated, and the degrees of freedom are obtained by assuming that the two groups are heterovariate. The p-value is determined from the t distribution according to the degrees of freedom. The hypothesis is verified by comparing the significance level according to the predetermined alarm step and the p-value value. The alarm constant is determined according to the verification result. That is, by comparing the average of the two groups with t-statistics, it is determined whether there is an increase in gas abnormality.
도 11에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시예로서 가스 센서에서 측정된 센서 신호값을 바탕으로 가스 농도 변화량에 따른 단계별 경고 발생에 대한 알고리즘을 설명한다. As shown in FIG. 11, as another embodiment of the present invention, an algorithm for generating a warning in stages according to a gas concentration change amount based on a sensor signal value measured by a gas sensor will be described.
먼저 상기 가스 센서와 연계된 BMS를 통해 상기 가스 센서로부터 측정된 센서 신호값을 토대로 매 측정 시간마다 센서 신호 변화 백분율을 계산한다. 현 센서 신호 변화 백분율은 현 센서 신호값에서 이전 신호값을 뺀 값을 이전 센서 신호값으로 나눈 값으로 정의한다. 이를 테면, 현 시간 i일때, si = (yi - yi-1 )/ yi-1 로 구한다. 그리고 농도의 이상 증가량 판단 기준으로 미리 정의된 소량 검출 판단 기준(S1)과 급격한 가스 검출 판단 기준(S2)과 현 센서 신호 변화 백분율과 비교한다. 예를 들어 상술한 바와 같이 계산된 S1 < si < S2 일 경우 주의 경고를 발생하고, si > S2 일 경우 비상 경고를 발생한다.First, a sensor signal change percentage is calculated at every measurement time based on the sensor signal value measured from the gas sensor through the BMS linked to the gas sensor. The current sensor signal change percentage is defined as the value obtained by subtracting the previous signal value from the current sensor signal value and divided by the previous sensor signal value. For example, at the current time i, s i = (y i -y i-1 )/ y i-1 . In addition, as a criterion for determining the amount of abnormal increase in concentration, a small amount detection criterion S1, a sudden gas detection criterion S2, and a current sensor signal change percentage are compared. For example, when S 1 <s i <S 2 calculated as described above, a caution warning is generated, and when s i > S2, an emergency warning is generated.
도 12에 도시된 바와 같이 상기 가스 센서(120)에는 적분기가 더 부착될 수 있으며, 추가적으로 아날로그 디지털 컨버터(303)와 이를 연산하는 프로세서(305)를 통해 관리자에게 전송한다.As shown in FIG. 12, an integrator may be further attached to the gas sensor 120, and additionally, the integrator is transmitted to the administrator through the analog-to-digital converter 303 and the processor 305 that calculates the same.
상기 도 12는 본 발명에 따른 적분기와 가스 검출기 적분 제어부를 나타낸다. 도 12를 참조하면, 상기 센서 측정값의 변화를 측정하는 회로는 적분기(307), 비교기(308), AD 컨버터(303), 프로세서(305)로 구성되어 있다. 상기 적분기(308)는 제어전압(Vcc)를 공급받아서 가스 센서(120) 및 제1 저항(121)이 상기 제어전압(Vcc)을 분압한다. 상기 가스 센서(120)는 배터리가 정상상태일 때 600[Ω]이며 배터리가 이상 상태 인 경우에 상기 가스 센서(120)는 250[Ω]으로 순간적으로 감소하게 된다. 따라서 본 발명에서는 저항값 변화의 적분값을 검출하기 위한 적분기(307)를 기술적 특징으로 한다. 상기 적분기(307)에서는 정상적인 상태에서는 출력을 발생시키지 않지만, 일정 이상의 적분치에서는 출력을 발생시킨다. 더불어 상기 비교기(308)에서는 제1 커패시터(123) 및 제2 저항(122)이 위치한다. 상기 비교기(308)의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시키기 위한 AD 컨버터(303)가 배치되며, 상기 AD 컨버터(303)의 출력신호를 처리하는 프로세서(305)의 신호를 바탕으로 랙 BMS(203) 또는 서브 BMS(204)를 제어하는 것을 기술적 특징으로 한다. 따라서 상기 가스 검출기 적분 제어부는 가스 농도의 적분치를 바탕으로 배터리의 상태를 모니터링 하는 것을 특징으로 한다.12 shows an integrator and a gas detector integral control unit according to the present invention. Referring to FIG. 12, the circuit for measuring the change in the measured value of the sensor is composed of an integrator 307, a comparator 308, an AD converter 303, and a processor 305. The integrator 308 receives the control voltage Vcc so that the gas sensor 120 and the first resistor 121 divide the control voltage Vcc. When the battery is in a normal state, the gas sensor 120 is 600 [Ω], and when the battery is in an abnormal state, the gas sensor 120 is momentarily reduced to 250 [Ω]. Accordingly, in the present invention, an integrator 307 for detecting an integral value of a change in resistance value is technically characterized. The integrator 307 does not generate an output in a normal state, but generates an output when an integral value exceeding a certain level. In addition, a first capacitor 123 and a second resistor 122 are positioned in the comparator 308. An AD converter 303 for converting the analog signal of the comparator 308 into a digital signal is disposed, and a rack BMS 203 based on the signal of the processor 305 that processes the output signal of the AD converter 303 Alternatively, it is a technical feature that controls the sub BMS 204. Accordingly, the gas detector integral controller monitors the state of the battery based on the integral value of the gas concentration.
도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 가스 농도의 변화량을 감지하여 배터리 열화 상태를 점검하기 위해 충방전 기간 동안 가스 센서 신호값을 감시한다. 변화량란 배터리의 충전 또는 방전 기간동안 측정된 센서 신호값의 평균적 변화율을 말한다. 상기 센서 신호값에서 기준 신호값(500)을 뺀 값을 기준 신호값으로 나눈 센서 신호 변화율을 매 시간 계산하며, 기준 신호값(500)은 충전 또는 방전이 시작되는 시점에서 계산된 지수 이동 평균 센서 신호 값(501)을 말한다. 센서 신호 평균 변화율은 충전 또는 방전 기간 동안 계산된 센서 신호 변화율을 매 측정시간 더한 합계를 충전 또는 방전 시간 동안 기록한 측정 회수(N; 502)로 나눈 값을 말한다.As shown in FIG. 13, in the present invention, the gas sensor signal value is monitored during the charging/discharging period in order to check the deterioration state of the battery by detecting the amount of change in the gas concentration. The amount of change is the average rate of change of the sensor signal value measured during the charging or discharging period of the battery. The sensor signal change rate obtained by dividing the value obtained by subtracting the reference signal value 500 from the sensor signal value by the reference signal value is calculated every hour, and the reference signal value 500 is an exponential moving average sensor calculated at the start of charging or discharging. Refers to the signal value 501. The average sensor signal rate of change refers to a value obtained by dividing the sum of the rate of change of the sensor signal calculated during the charging or discharging period plus each measurement time by the number of measurements recorded during the charging or discharging period (N; 502).
충방전 싸이클이 종료된 시점에서 센서 신호 평균 변화율과 초기 변화값을 관리자에게 보고하여 배터리 열화 상태를 점검한다. 상기 초기 변화값 비교 기준값이란 배터리 열화가 진행되지 않은 운용 초기동안 기록된 센서 신호 평균 변화율을 말한다. 충전 또는 방전 기간 동안 평균 변화율의 합산을 위해 도 12의 적분기를 사용할 수 있다.At the end of the charge/discharge cycle, report the average change rate of the sensor signal and the initial change value to the manager to check the battery deterioration status. The reference value for comparing the initial change value refers to the average change rate of the sensor signal recorded during the initial period of operation in which battery deterioration has not occurred. The integrator of FIG. 12 may be used for summing the average rate of change during the charging or discharging period.
본 발명에 따른 분진 및 연기 감지 센서는 공간 내 상기 가스 센서 (120)와 같은 곳에 배치하는 것이 바람직하다. 상기 감지 센서가 부착된 공간 또는 함체내에 설치 된 소화설비와 연계되어 분진 및 연기 감지 시 감지 신호를 소화설비에 직접 전송하여 작동하도록 한다. 또한 상기 감지 센서는 BMS와 연계를 통해 감지 신호를 관리자에게 전송하여 소화 설비가 작동 중임을 알릴 수 있다. The dust and smoke detection sensor according to the present invention is preferably disposed in the same place as the gas sensor 120 in the space. When the detection sensor is attached to the space or the fire extinguishing equipment installed in the enclosure, the detection signal is directly transmitted to the fire extinguishing equipment to operate when dust and smoke are detected. In addition, the detection sensor may transmit a detection signal to the manager through linkage with the BMS to notify that the fire extinguishing facility is operating.
상기 분진 및 연기 감지 센서와 연계된 소화 설비는 랙 내부에 설치되어 직접 분사하거나 랙 외부에 설치되어 랙에 설치된 분사구를 통해 분사할 수 있도록 한다. The fire extinguishing facility linked to the dust and smoke detection sensor is installed inside the rack to directly spray or installed outside the rack to spray through a spray hole installed in the rack.
<부호의 설명><Explanation of code>
1 : 단자1: terminal
3 : CID3: CID
4 : 벤트4: vent
5 : 개스킷5: gasket
7 : 하우징7: housing
100 : 함체, 랙100: enclosure, rack
100' : 배터리실100': battery compartment
101 : 배출팬101: exhaust fan
120 : 가스 센서 또는 가스 감시 센서120: gas sensor or gas monitoring sensor
120' : 비교 센서120': comparison sensor
120-1 : 금속산화물120-1: metal oxide
120-2 : 전극120-2: electrode
120-3 : MEMS 기판120-3: MEMS substrate
120-4 : 가스 측정치의 변화량120-4: Change amount of gas measurement value
121 : 제1 저항121: first resistance
122 : 제2 저항122: second resistance
123 : 제1 커패시터123: first capacitor
200 : 배터리200: battery
200-1 : 배터리 단자 플레이트200-1: battery terminal plate
200-2 : 써미스터 온도 센서200-2: Thermistor temperature sensor
200-5 : 환경 감시 센서200-5: environmental monitoring sensor
201, 201-n : 배터리 모듈201, 201-n: battery module
203 : 랙 BMS203: Rack BMS
204 : 서브 BMS204: sub BMS
300 : 기판300: substrate
301 : 가스감지판301: gas detection plate
302 : 통풍형 기판302: ventilated substrate
303 : AD 컨버터303: AD converter
304 : I2C 인터페이스304: I2C interface
305 : 프로세서305: processor
306 : 관통홀306: through hole
307 : 적분기307: integrator
308 : 비교기308: comparator
500 : 기준 신호값500: reference signal value
501 : 이동 평균 센서 신호 값501: moving average sensor signal value
502 : 충방전 기간 동안 신호 측정 횟수502: number of signal measurements during the charging/discharging period
Vcc : 제어전압Vcc: control voltage
Vc : 비교기 출력전압Vc: comparator output voltage
V1 : 비교기 입력전압V1: Comparator input voltage
Vref : 기준전압Vref: reference voltage