WO2022145598A1 - 에너지저장시스템 - Google Patents

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WO2022145598A1
WO2022145598A1 PCT/KR2021/007404 KR2021007404W WO2022145598A1 WO 2022145598 A1 WO2022145598 A1 WO 2022145598A1 KR 2021007404 W KR2021007404 W KR 2021007404W WO 2022145598 A1 WO2022145598 A1 WO 2022145598A1
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hydrogen
container
energy storage
storage system
catalyst
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PCT/KR2021/007404
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이강홍
남승하
강대균
신병선
서필원
김지선
강소연
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(주) 세라컴
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to an energy storage system, and more particularly, to an energy storage system capable of significantly reducing the risk of explosion by removing hydrogen leaked from a battery pack.
  • Such secondary batteries include a nickel cadmium battery, a nickel hydrogen battery, a nickel zinc battery, a lithium ion battery, and the like, and among them, a lithium ion battery has a very low self-discharge rate and a high energy density, and thus is mainly used.
  • an energy storage system refers to a system configured to store power supplied from the outside and provide the stored power to the outside in an emergency.
  • the energy storage system may be composed of a battery module and devices for managing the battery module.
  • Such an energy storage system is not only a system for storing large-capacity power generated in a power plant, etc., but also relatively It is a concept that encompasses all devices that store low-capacity power.
  • the energy storage system may configure a battery pack by connecting a plurality of battery cells in series and in parallel.
  • a battery module including at least one battery cell may be configured first, and a battery pack may be configured using the at least one battery module.
  • a battery pack including at least one battery module constitutes a battery rack by combining one or two or more according to various voltage and capacity requirements, etc., and uses this to configure an energy storage system.
  • hydrogen gas H 2
  • H 2 hydrogen gas
  • the electrolyte is gasified as the battery pack swells due to thermal factors, mechanical factors, electrical factors, design factors, public factors, etc.
  • this hydrogen gas can be easily ignited and exploded because of its strong flammability, and the demand for the necessary technology to solve this problem is increasing.
  • An object of the present invention is to provide an energy storage system capable of preventing an explosion that may occur due to hydrogen having strong flammability by removing hydrogen leaking from a battery pack.
  • the present invention provides at least one battery rack including at least one battery pack, a container accommodating the battery rack, and located in the container, so that hydrogen leaked from the battery pack is a catalyst material and To provide an energy storage system including at least one catalyst structure for reacting and recombination into steam.
  • it further comprises at least one outlet formed on one side of the container for discharging the hydrogen leaked from the battery pack to the outside of the container, wherein the catalyst structure is located at the outlet, the outlet It is possible to remove hydrogen gas moving to
  • it may further include a hydrogen discharge nozzle that is formed to protrude from the discharge port on the upper side of the container, and has a cross-sectional area that becomes smaller toward the discharge port side.
  • it may further include at least one fan provided at the discharge port to induce an upward airflow with respect to the hydrogen in the container.
  • it may further include a hydrogen concentration measuring means for measuring the hydrogen gas concentration located inside the container.
  • control unit when the hydrogen gas concentration measured by the hydrogen concentration measuring means exceeds a preset threshold, the control unit may further include a control unit for driving the fan or increasing a driving speed.
  • the hydrogen concentration distribution in the container in which the energy storage system is installed is estimated using the learning information about the hydrogen concentration distribution in the container of the containers having various shapes and sizes, but the energy storage system is installed It may further include a control unit for estimating the distribution of hydrogen concentration in the container using the information output by substituting the specification information for the container and the location information of the hydrogen concentration measuring means in the container to the learning information.
  • the catalyst structure is formed in a cordierite honeycomb shape, and the cordierite honeycomb may be Pt/TiO 2 coated with platinum (Pt) as a catalyst support.
  • the cordierite honeycomb may have a number of cells per unit size of 10 to 900 cells per square inch (CPSI) and a web thickness of 2 to 12 mil.
  • a non-contact temperature measuring means for measuring the temperature of the surface of the catalyst structure using infrared rays, and when the temperature measured by the temperature measuring means increases, the catalyst structure is removing hydrogen gas It may include a control unit for determining and varying the external output depending on whether the catalyst structure is operated.
  • the alarm means for outputting an alarm when the increase in the temperature measured by the temperature measuring means is greater than or equal to a preset explosion threshold temperature change range may further include.
  • control unit may arithmetic average the change in the measured temperature for a predetermined period and compare it with the explosion critical temperature change width based on the arithmetic average result.
  • the present invention in the battery rack comprising at least one battery pack, located at one side of the battery rack, at least one catalyst for reacting hydrogen leaked from the battery pack to react with the catalyst material to recombine into steam It provides a battery rack, characterized in that it further comprises a structure.
  • a catalyst device comprising a body having a gas inlet through which gas is introduced, a cover having a gas outlet through which gas flows, and the catalyst structure accommodated inside the body and casing by the cover Further comprising, the catalyst device may be coupled to extend from an upper end of the battery rack.
  • the energy storage system according to an embodiment of the present invention can prevent an explosion that may occur due to hydrogen having strong flammability by removing hydrogen leaking from the battery pack.
  • the energy storage system may determine whether the catalyst structure device for removing hydrogen is operating normally.
  • the energy storage system can alert the outside when the risk of hydrogen explosion is high, and furthermore, there is an effect of identifying a location with a high risk of hydrogen explosion by using an artificial intelligence algorithm. .
  • FIG. 1 is a view showing the appearance of an energy storage system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing the appearance of an energy storage system according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 3 is a view showing a battery rack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of an energy storage system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a view showing a catalyst structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a block diagram of a hydrogen control system of an energy storage system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view showing performance test results according to space velocity using a Pt/TiO2 catalyst coated on the surface of cordierite honeycomb according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8a and 8b are views showing the exterior of a battery rack according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 and 2 are views showing the appearance of an energy storage system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a schematic diagram of an energy storage system according to an embodiment of the present invention.
  • the energy storage system 100 according to an embodiment of the present invention, at least one battery rack 102 including at least one battery pack, the battery rack 102 It may include at least one catalyst structure (132a, 132b) for accommodating the container 101, located in the container 101 and recrystallizing the hydrogen leaked from the battery pack into steam by reacting with the catalyst material.
  • at least one catalyst structure 132a, 132b
  • At least one discharge port 110 is formed on one side of the container 101 to discharge hydrogen leaked from the battery pack to the outside of the container 101, hydrogen moving to the discharge port 110 is combined with the catalyst material.
  • At least one catalyst structure 132a, 132b may be positioned in the discharge port 110 to react.
  • the energy storage system 100 removes hydrogen leaking from the battery pack using the catalyst structures 132a and 132b provided in the container 101, thereby preventing damage due to hydrogen explosion. can be prevented in
  • the container 101 as having a space that can accommodate other components including the battery rack 102 therein, may be a box-shaped container used to transport cargo, as shown in the drawing, but in this It is not limited, and may be a building or the like.
  • the battery rack 102 By accommodating the battery rack 102 in the container 101, the battery rack 102 is not directly exposed to the outside, and the battery rack 102 is primarily protected from rain, wind, cold/warm, etc. can do.
  • the container 101 may have an openable and openable door on at least one side so that an operator can enter and exit the energy storage system 100 through the door.
  • one or two or more battery racks 102 in which several battery modules 103 are loaded may be provided in the container 101 inner accommodating space (see FIG. 3 ).
  • the number and arrangement of the battery racks 102 in the container 101 are not particularly limited, but a plurality of battery racks 102 may be arranged side by side on both sides with a passage in the middle along the longitudinal direction of the container 101 .
  • the plurality of battery modules 103 may be individually loaded according to the shape and location of the battery rack 102 .
  • the battery assembly may include at least one battery module 103 , and the plurality of battery modules 103 may be connected in series or parallel through a energable cable or the like.
  • the battery module 103 has a form in which a plurality of battery cells are assembled according to a required output voltage or capacity, and the type of the unit battery cell is not particularly limited, but a rechargeable lithium ion battery, a lithium polymer battery, a nickel cadmium battery , and may be a secondary battery such as a nickel hydrogen battery or a nickel zinc battery.
  • At least one discharge port 110 may be formed on one side, preferably an upper side, or either side.
  • the container 101 may have an open discharge port 110 at the top.
  • the number or size of the discharge ports 110 formed on the upper side of the container 101 is not particularly limited, but according to a preferred embodiment, the discharge ports 110 are formed to protrude as the center, and the cross-sectional area becomes smaller toward the discharge ports 110 side. It is preferable to be provided in the hydrogen discharge nozzles (111a to 111b, 112a to 112e).
  • the discharge port 110 is formed in the protruding hydrogen discharge nozzles 111a to 111b and 112a to 112e, but in a preferred embodiment Accordingly, as shown in FIG. 1 , when the size of the discharge port 110 is small, the discharge port 110 may be provided at the vertices of the substantially conical hydrogen discharge nozzles 111a to 111b.
  • the hydrogen discharge nozzles 111a to 111b and 112a to 112e may have a shape protruding upward over the entire ceiling of the container 101, as shown in FIG. 2 . That is, a plurality of sidewalls 112a to 112d are provided along the circumference of the upper plate 112e having at least one outlet 110 , and the cross-sectional area formed by the plurality of sidewalls 112a to 112d is toward the outlet 110 side. It may be provided to be inclined to become narrower.
  • Hydrogen generated inside the container 101 by the plurality of inclined sidewalls 112a to 112d may be concentrated to the discharge port 110 .
  • the energy storage system 100 is located under the discharge port 110, and hydrogen moving to the discharge port 110 reacts with the catalyst material and recombines into steam (H 2 O). It may include at least one catalyst device 130 or catalyst structures 132a and 132 for this purpose.
  • the catalyst device 130 or the catalyst structures 132a and 132 is a passive catalytic hydrogen-bonding device that does not use electric power, and can control the concentration of hydrogen in the container 101 .
  • the catalyst device 130 has a body 133 having gas inlets 1331 and 1332 through which gas flows, and a cover 131 having gas outlets 1311 and 1312 through which gas flows out. and catalyst structures 132a and 132 accommodated inside the casing by the main body 133 and the cover 131 .
  • the cover 131 may be a mesh having a predetermined size of a metal material.
  • the catalyst device 130 is in contact with the hydrogen gas introduced through the gas inlets 1331 and 1332 to remove hydrogen through a catalytic reaction, and steam or water (H 2 O) to flow out to the gas outlets 1311 and 1312. can do.
  • the body 133 and the cover 131 are made of stainless steel having corrosion resistance so as not to be corroded by moisture.
  • the catalyst device 130 is brought into contact with a mixed gas containing hydrogen gas from the outside, and at this time, hydrogen and oxygen of the mixed gas pass through the catalyst structures 132a and 132 to perform a recombination reaction with water (H 2 O). After generating, the mixed gas from which hydrogen has been removed may be discharged to the outside.
  • the catalyst structures 132a and 132 are recombination elements that combine hydrogen in the introduced mixed gas with oxygen to convert it into water, and use cordierite, a crystalline ceramic with a low coefficient of thermal expansion and excellent thermal shock resistance, to reduce pressure loss and reactants. It can be manufactured by extrusion molding into a honeycomb shape in consideration of the contact area with phosphorus and hydrogen.
  • the cordierite honeycomb which is the catalyst structure 132a, 132b, has a number of cells per unit size of 10 to 900 CPSI (cells per square inch) and a web thickness of a wall dividing each cell is 2 to 12 mil, It makes it possible to process from low to high concentration of hydrogen, and allows the concentration of hydrogen contained in the mixed gas to be converted into water by bonding with oxygen within the range of 0.1 to 8%.
  • the catalyst structures 132a and 132b according to an embodiment of the present invention are not limited thereto, and not only the cordierite honeycomb but also the metal honeycomb, and similarly, atypically have a plurality of empty spaces inside the catalyst It may be a structure in the form of a net that can be coated.
  • a Pt/TiO 2 catalyst is prepared by a wet impregnation method, and the catalyst is coated on the cordierite honeycomb to form the catalyst structures 132a and 132. can be produced.
  • the catalyst that can be coated on this structure is illustrated as Pt/TiO 2 , but the present invention is not limited thereto, and any one or these of platinum (Pt), palladium (Pd), ruthenium (Ru) and rhodium (Rh) It may be a combination of or a metal oxide catalyst such as perovskite that is not a noble metal, and includes Al 2 O 3 , zeolite, SiO 2 , La-r-Al 2 O 3 , graphene, carbon nanotubes, etc. as a catalyst support. can do.
  • a metal oxide catalyst such as perovskite that is not a noble metal, and includes Al 2 O 3 , zeolite, SiO 2 , La-r-Al 2 O 3 , graphene, carbon nanotubes, etc.
  • the mixed gas passing through the catalyst structures 132a and 132b may be made within a temperature range of 0 to 300° C., and the mixed gas passing through the catalyst structures 132a and 132b may have a relative humidity of 95% or more.
  • a performance test according to space velocity was performed using the Pt/TiO 2 catalyst coated on the surface of the cordierite honeycomb as described above, and the results are shown in FIG. 7 .
  • the Pt/TiO 2 catalyst has an increase in hydrogen removal capacity by about 40%, and also Pt/TiO 2 compared to Pt/Al 2 O 3 . It can be seen that the catalytic activity of the catalyst is increased by 45-50%.
  • TiO 2 is an excellent catalyst support.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of an energy storage system according to an embodiment of the present invention.
  • a fan 120 provided at the outlet 110 to induce an airflow upward with respect to the hydrogen inside the container 101 may include
  • the fan 120 may be located above or below the discharge port 110 to discharge the gas inside the container 101 to the outside by driving, and preferably, the discharge port 110 and a catalyst device located under the discharge port 110 ( 130), the gas mixed with hydrogen by driving the fan 120 may be introduced into the gas inlets 1311 and 1312 of the catalyst device 130b.
  • the fan 120 may be controlled on/off by a control command generated by the controller 220 or a driving speed (or rotational speed) of the fan 120 may be adjusted, as will be described later.
  • the control unit 220 may continuously or periodically drive the fan 120 regardless of the concentration of hydrogen gas in the container 101, but according to an embodiment of the present invention, the control unit 220 measures the hydrogen concentration When the predetermined threshold value is exceeded based on the hydrogen gas concentration in the container 101 measured by the means 240, the fan 120 starts driving or controls to increase the driving speed, thereby discharging the mixed gas including hydrogen through the outlet. By forcibly induced by 110 and the catalyst device 130 located below it, hydrogen can be quickly removed to reduce the possibility of spontaneous ignition due to high concentration hydrogen.
  • the hydrogen concentration measuring means 240 is located in the container 101 and is a means for measuring the hydrogen concentration around the installation location, and a detailed description thereof will be described later.
  • the catalyst device 130 may be provided at or around the discharge port 110 , but the present invention is not limited thereto. 101) may be provided on the inner upper side (refer to reference numerals 130a and 130c).
  • FIG. 6 is a block diagram of a hydrogen control system of an energy storage system according to an embodiment of the present invention.
  • the energy storage system may include a non-contact temperature measuring means 210 for measuring the surface temperature of the catalyst structures 132a and 132b in a non-contact manner.
  • the non-contact temperature measuring means 210 may be an infrared temperature sensor capable of measuring the temperature of the object to be measured using infrared rays.
  • the infrared temperature sensor may absorb energy radiated from the measurement target by the light receiving unit, convert it into thermal energy, and convert the temperature rise into an electrical signal to detect it. This detection is based on the Stefan-Boltzmann law, and it is known that the magnitude of the electrical signal is proportional to the following Equation (1).
  • T o 4 - T a 4 (where T o is the surface temperature of the measurement target, and T a is the ambient temperature of the infrared sensor)
  • heat is generated when hydrogen in the mixed gas is converted into steam by combining with oxygen in the catalyst structures 132a and 132b, and the control unit 220 uses the temperature measuring means 210 to catalyze the catalyst.
  • the control unit 220 uses the temperature measuring means 210 to catalyze the catalyst.
  • the catalyst device 130 or the catalyst structures 132a and 132b are operating, that is, hydrogen is being removed. That is, when the surface temperature of the catalyst structures 132a and 132b increases, the control unit 220 can determine that the catalyst structures 132a and 132b are removing hydrogen, and when there is no temperature change, the catalyst structures ( It can be determined that 132a and 132b) are not removing hydrogen.
  • the temperature measuring means 210 is an infrared temperature sensor that measures the temperature of the object to be measured using infrared rays
  • the controller 220 may output the above determination result visually using light or the like to the outside or audibly using sound, but the present invention does not specifically limit the output form.
  • the energy storage system 100 outputs an external output signal differently depending on whether the catalyst device 130 is operated by using the alarm means 250 , and the operator is alerted. Using the signal output from the means 250, it is possible to check whether the catalyst device 130 is in operation, which indicates a state in which hydrogen is leaking from the battery pack, so that the operator It can motivate you to take action quickly.
  • the energy storage system 100 may include a wired/wireless communication unit (not shown), and the control unit 220 uses the communication unit to operate a remote terminal.
  • the result of determining whether the catalyst structures 132a and 132b operates may be transmitted to the .
  • the communication method of the communication unit is not particularly limited, but preferably WLAN (Wireless LAN), WiFi (Wireless Fidelity) Direct, DLNA (Digital Living Network Alliance), Wibro (Wireless broadband), Wimax (World Interoperability for Microwave Access), HSDPA (High Speed Downlink Packet Access), Bluetooth (Bluetooth), RFID (Radio Frequency Identification), Infrared Data Association (IrDA), UWB (Ultra Wideband), ZigBee, NFC (Near Field Communication), It is preferable to use a wireless communication such as LoRa (Long Range).
  • WLAN Wireless LAN
  • WiFi Wireless Fidelity
  • DLNA Digital Living Network Alliance
  • Wibro Wireless broadband
  • Wimax Worldwide Interoperability for Microwave Access
  • HSDPA High Speed Downlink Packet Access
  • Bluetooth Bluetooth
  • RFID Radio Frequency Identification
  • IrDA Infrared Data Association
  • UWB User Wideband
  • ZigBee ZigBee
  • NFC Near Field Communication
  • control unit 220 when the temperature measured by the temperature measuring means 210 is greater than or equal to the preset explosion threshold temperature change range, using the alarm means 250, another An alarm can be output as an output method.
  • the control unit 220 uses this to measure the hydrogen concentration even without the hydrogen concentration measuring means 240 to be described later.
  • the hydrogen concentration inside the container 101 can be predicted using the temperature increase.
  • the control unit 220 uses the temperature measuring means 210 to measure the change in the temperature measured for a predetermined period of time. It is compared with the explosion critical temperature change range, and if the measured temperature rise is greater than or equal to a preset explosion critical temperature change range, the danger of hydrogen explosion can be alarmed.
  • control unit 220 generates a control command to operate the driving speed of all the fans 230 in the container 101 of the energy storage system 100 to the maximum, and induces the hydrogen concentration in the container 101 to be lowered. By doing so, it is preferable to prevent hydrogen explosion in advance.
  • the control unit 220 stores the change history of the temperature measured by the temperature measuring means 210 for a predetermined period, arithmetic average or weighted average of the temperature change during the period, and based on the average value, the preset It is desirable to compare it with the explosive critical temperature change range.
  • control unit 220 uses the alarm means 250 to predict and notify in advance of spontaneous ignition and explosion due to an increase in the hydrogen concentration in the container 101, so that the It is effective in preventing accidents.
  • the energy storage system 100 may further include a hydrogen concentration measuring means 240 for measuring the hydrogen gas concentration around the installation location.
  • a hydrogen concentration measuring means 240 for measuring the concentration of hydrogen gas in the air, the type is not particularly limited.
  • the hydrogen concentration in the container 101 can be somewhat lowered by using the hydrogen concentration measuring means 240, but due to the high concentration of hydrogen gas In order to prevent explosion due to spontaneous ignition, etc., it is very uneconomical to install a large amount of hydrogen concentration measuring means 240 at all positions in the container 101 of a large area.
  • the control unit 220 may store specification information about the container 101 in which the corresponding energy storage system 100 is installed (for example, the container ( 101) and the position information of a small amount of hydrogen concentration measuring means 240 installed in the container 101 as parameters, using the information output by substituting the learning information into the learning information.
  • the hydrogen concentration distribution can be estimated.
  • the controller 220 controls the energy storage system 100 of the By estimating the distribution of the hydrogen concentration in the container 101, if the hydrogen concentration in any one exceeds a preset threshold, the fan 230 is driven or the driving speed is increased to lower the hydrogen concentration, as well as an alarm means An alarm signal may be output to the outside through 250 .
  • control unit 220 when the high concentration of hydrogen is estimated, the control unit 220 generates a control command to operate the driving speed of all the fans 230 in the container 101 of the energy storage system 100 to the maximum, It is desirable to induce a rapid lowering of the hydrogen concentration.
  • the catalyst structures 132a and 132b may be provided in the container 101, but may be located at one side of the battery rack 102 (see FIGS. 8a and 8b).
  • the catalyst structures (132a, 132b) or the catalyst device 130 including the same is coupled to extend to one side of the battery rack 102, preferably to one end of the upper side, the weapon is a battery pack Hydrogen gas leaked from the can be introduced into the catalyst structures 132a and 132b or the catalyst device 130 .
  • the catalyst structure (132a, 132b) or the catalyst device 130 is coupled so that any one edge is coupled to the upper end of the battery rack 102, but is rotatably coupled, so that the operator can adjust the angle as needed. It is preferable to do

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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 배터리 팩을 포함하는 적어도 하나의 배터리 랙, 상기 배터리 랙을 수용하는 컨테이너, 및 상기 컨테이너 내에 위치하여, 상기 배터리 팩으로부터 유출된 수소가 촉매물질과 반응하여 스팀으로 재결합시키기 위한 적어도 하나의 촉매구조체를 포함하는 에너지저장시스템을 제공한다.

Description

에너지저장시스템
본 발명은 에너지저장시스템에 관한 것으로, 더욱 상세히는 배터리 팩으로부터 유출된 수소를 제거하여 폭발 위험성을 현저히 낮출 수 있는 에너지저장시스템에 관한 것이다.
현재 전기차량(EV; Electric Vehicle) 등에는 반복적인 충·방전이 가능한 이차전지가 보편적으로 사용되고 있다.
이러한 이차전지는, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이온 전지 등이 있으며, 그 중 리튬 이온 전지는 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높아 주로 사용되고 있다.
한편, 에너지저장시스템(ESS; Energy Storage System)은 외부로부터 공급된 전력을 저장해 두었다가, 비상시에 저장된 전력을 외부에 제공할 수 있도록 구성된 시스템을 가리킨다.
에너지저장시스템은, 배터리 모듈과 상기 배터리 모듈을 관리해 주는 장치들로 구성될 수 있으며, 이러한 에너지저장시스템은, 발전플랜트 등에서 생성된 대용량의 전력을 저장하는 시스템은 물론이고, 휴대용 전자기기와 같이 상대적으로 저용량의 전력을 저장하는 장치를 모두 포괄하는 개념이다.
에너지저장시스템은, 복수 개의 배터리 셀을 직·병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성할 수 있다. 구체적으로 적어도 하나의 배터리 셀로 이루어지는 배터리 모듈을 먼저 구성하고, 이러한 적어도 하나의 배터리 모듈을 이용하여 배터리 팩을 구성할 수 있다. 적어도 하나의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩은 다양한 전압과 용량 요구 조건 등에 따라 하나 또는 둘 이상을 조합하여 배터리 랙을 구성하고 이를 이용하여 에너지저장시스템을 구성하기도 한다.
그러나 이러한 이차전지를 이용한 배터리는, 열적 요인이나, 기계적 요인, 전기적 요인, 설계적 요인, 공적적 요인 등에 의해 배터리 팩이 부풀면서 전해액이 가스화되는 경우 등에는 수소가스(H2)가 발생할 수 있으며, 이러한 수소가스는 인화성이 강하기 때문에 쉽게 점화되어 터질 수 있어, 이러한 문제를 해소하기 위한 필요 기술에 대한 요구가 증대되고 있는 실정에 있다.
본 발명은, 배터리 팩으로부터 발생하여 누출되는 수소를 제거함으로써, 인화성이 강한 수소로 인하여 발생할 수 있는 폭발을 방지할 수 있는 에너지저장시스템을 제공하기 위한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 적어도 하나의 배터리 팩을 포함하는 적어도 하나의 배터리 랙, 상기 배터리 랙을 수용하는 컨테이너, 및 상기 컨테이너 내에 위치하여, 상기 배터리 팩으로부터 유출된 수소가 촉매물질과 반응하여 스팀으로 재결합시키기 위한 적어도 하나의 촉매구조체를 포함하는 에너지저장시스템을 제공한다.
일 실시예에 따라, 상기 배터리 팩으로부터 유출된 수소를 상기 컨테이너의 외부로 토출시키기 위해 상기 컨테이너의 일측에 형성된 적어도 하나의 토출구를 더 포함하되, 상기 촉매구조체는, 상기 토출구에 위치하여, 상기 토출구로 이동하는 수소가스를 제거할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 컨테이너의 상측에 상기 토출구를 중심으로 돌출형성되되, 상기 토출구측으로 갈수록 단면적이 점점 작아지도록 형성된 수소배출노즐을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 토출구에 마련되어, 상기 컨테이너 내부의 수소에 대하여 상승기류를 유도시키기 위한 적어도 하나의 팬을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 컨테이너 내부에 위치하여 수소가스 농도를 측정하기 위한 수소농도측정수단을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 수소농도측정수단에 의해 측정된 상기 수소가스 농도가 기 설정된 임계치를 초과하면 상기 팬을 구동하거나 구동속도를 높이도록 하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 다양한 형상 및 크기를 가진 상기 컨테이너들의 상기 컨테이너 내 수소농도분포에 대한 학습정보를 이용하여 상기 에너지저장시스템이 설치된 상기 컨테이너 내 수소농도분포를 추정하되, 상기 에너지저장시스템이 설치된 상기 컨테이너에 대한 제원정보 및 상기 컨테이너 내 상기 수소농도측정수단의 위치정보를 상기 학습정보에 대입시켜 출력되는 정보를 이용하여 해당 상기 컨테이너 내 수소농도분포를 추정하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 촉매 구조체는 코디어라이트(cordierite) 허니컴 형상으로 형성되고, 상기 코디어라이트 허니컴은, 촉매 지지체로서 백금(Pt)이 코팅되는 Pt/TiO2 일 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 코디어라이트 허니컴은 단위 크기당 셀 수가 10~900 CPSI(cells per square inch)이고, 웹두께가 2~12 mil로 형성될 수 있다.
일 실시예에 따라, 적외선을 이용하여 상기 촉매구조체 표면의 온도를 측정하기 위한 비접촉식 온도측정수단, 및 상기 온도측정수단에 의해 측정된 온도가 상승하면, 상기 촉매구조체가 수소가스를 제거하고 있음을 판단하고, 상기 촉매구조체의 작동 여부에 따라 외부 출력을 달리하는 제어부를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 온도측정수단에 의해 측정된 온도의 상승폭이 기 설정된 폭발임계온도변화폭 이상인 경우 알람을 출력하는 경보수단을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제어부는, 소정 기간동안 상기 측정된 온도의 변화를 산술평균하고, 상기 산술평균한 결과를 근거로 상기 폭발임계온도변화폭과 비교할 수 있다.
또한, 본 발명은, 적어도 하나의 배터리 팩을 포함하는 배터리 랙에 있어서, 상기 배터리 랙의 일측에 위치하여, 상기 배터리 팩으로부터 유출된 수소가 촉매물질과 반응하여 스팀으로 재결합시키기 위한 적어도 하나의 촉매구조체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 랙을 제공한다.
일 실시예에 따라, 기체가 유입되는 기체유입구를 가진 본체와, 기체가 유출되는 기체유출구를 가진 커버와, 상기 본체 및 상기 커버에 의해 케이싱되는 내부에 수용되는 상기 촉매구조를 포함하는 촉매장치를 더 포함하되, 상기 촉매장치는, 상기 배터리 랙의 상측 일단부로부터 연장되도록 결합될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에너지저장시스템은, 배터리 팩으로부터 발생하여 누출되는 수소를 제거하여, 인화성이 강한 수소로 인하여 발생할 수 있는 폭발을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지저장시스템은, 수소를 제거하는 촉매구조장치가 정상적으로 작동하고 있는지 판단할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지저장시스템은, 수소폭발위험성이 높을 때 이를 외부에 알려 경고할 수 있고, 나아가 인공지능 알고리즘을 활용하여 수소폭발위험성이 높은 위치를 파악할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지저장시스템의 외관을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 에너지저장시스템의 외관을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 랙을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지저장시스템의 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매구조체를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지저장시스템의 수소제어시스템에 대한 구성도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시에에 따라 코디어라이트 허니컴 표면에 코팅되는 Pt/TiO2 촉매를 이용하여 공간 속도에 따른 성능시험결과를 나타낸 도면이다.
도 8a 및 8b는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 랙의 외관을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성 요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1 및 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지저장시스템의 외관을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지저장시스템의 개략도이다.
도 1, 2 및 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지저장시스템(100)은, 적어도 하나의 배터리 팩을 포함하는 적어도 하나의 배터리 랙(102), 배터리 랙(102)을 수용하는 컨테이너(101), 컨테이너(101) 내에 위치하여 배터리 팩으로부터 유출된 수소가 촉매물질과 반응하여 스팀으로 재결시키기 위한 적어도 하나의 촉매구조체(132a, 132b)를 포함할 수 있다.
다만, 배터리 팩으로부터 유출된 수소를 컨테이너(101)의 외부로 토출시키기 위해 컨테이너(101)의 일측에 적어도 하나의 토출구(110)를 형성하는 경우, 토출구(110)로 이동하는 수소가 촉매물질과 반응하도록 토출구(110)에 적어도 하나의 촉매구조체(132a, 132b)가 위치할 수 있다.
이에 따라 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지저장시스템(100)는 컨테이너(101)에 마련된 촉매구조체(132a, 132b)를 이용하여 배터리 팩으로부터 누출되는 수소를 제거함으로써, 수소 폭발로 인한 피해를 미연에 방지할 수 있다.
다만, 도 1, 2 및 4에 도시한 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 갖는 에너지저장시스템이 구현될 수 있음은 물론이다.
이하, 각 구성요소들에 대해 살펴보기로 한다.
컨테이너(101)는, 내부에 배터리 랙(102)을 포함한 다른 구성들을 수용할 수 있는 공간을 가진 것으로서, 도면에 도시한 바와 같이, 화물을 수송하기 위해 사용하는 상자형태의 용기일 수 있으나, 이에 한하는 것은 아니며, 건축물 따위일 수도 있다.
컨테이너(101)는 내부 공간에 배터리 랙(102)을 수용함으로써, 배터리 랙(102)이 외부에 직접 노출되지 않도록 하여, 배터리 랙(102)을 비, 바람, 냉·온기 등으로부터 1차적으로 보호할 수 있다.
이때 컨테이너(101)는 적어도 일 측에 개폐가능한 도어를 가져, 작업자가 도어를 통해 에너지저장시스템(100)에 출입할 수 있도록 할 수 있다.
전술한 바와 같이, 컨테이너(101) 내부 수용공간에는 배터리 모듈(103) 여러개가 적재된 배터리 랙(102)이 하나 또는 둘 이상이 마련될 수 있다(도 3 참조).
컨테이너(101) 내 배터리 랙(102)의 개수와 배치는 특별히 한정하지 않으나, 복수의 배터리 랙(102)이 컨테이너(101)의 길이방향을 따라 중간에 통로를 두고 양쪽에 나란하게 배치될 수 있다.
복수의 배터리 모듈(103)은 배터리 랙(102)의 형태와 위치에 따라 개별 적재될 수 있다. 배터리 집합체는 적어도 하나의 배터리 모듈(103)을 포함할 수 있으며, 복수의 배터리 모듈(103)은 통전 가능한 케이블 등을 매개로 직·병렬로 연결될 수 있다.
배터리 모듈(103)은 요구되는 출력 전압이나 용량 등에 따라 복수의 배터리 셀이 집합된 형태로, 단위 배터리 셀은 그 종류를 특별히 한정하지 않으나, 재충전이 가능한 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등의 이차 전지일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 컨테이너(101)는, 도면에 도시한 바와 같이, 일측, 바람직하게는 상측 또는 어느 한 측면에 적어도 하나의 토출구(110)가 형성될 수 있다.
인화성의 수소가 다양한 이유 등으로 배터리 팩에서 유출되는 경우, 무게가 가벼운 수소는 컨테이너(101) 내에서 상측으로 부유하게 된다. 따라서, 이러한 수소를 컨테이너(101) 외부로 용이하게 배출시키기 위해, 컨테이너(101)의 상측에는 개구된 토출구(110)를 가질 수 있다.
컨테이너(101)의 상측에 형성된 토출구(110)의 개수나 크기는 특별히 한정하지 않으나, 바람직한 일 실시예에 따라 토출구(110)를 중심으로 돌출 형성되되 토출구(110) 측으로 갈수록 단면적이 점점 작아지도록 형성된 수소배출노즐(111a~111b, 112a~112e)에 마련되는 것이 좋다.
무게가 가벼운 수소가 토출구(110)에 집중되어 빠르게 외부로 배출될 수 있도록 하기 위해, 토출구(110)는 돌출 형성된 수소배출노즐(111a~111b, 112a~112e)에 형성되되, 바람직한 일 실시예에 따라, 도 1에 도시한 바와 같이, 토출구(110)의 크기가 작은 경우 대략 원추형의 수소배출노즐(111a~111b)의 꼭짓점에 토출구(110)가 마련된 형태를 가질 수 있다.
또 다른 일 실시예에 따라 상기 수소배출노즐(111a~111b, 112a~112e)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 컨테이너(101)의 천장 전반에 걸쳐 상방으로 돌출된 형태를 가질 수 있다. 즉, 적어도 하나의 토출구(110)를 가진 상판(112e)의 둘레를 따라 복수의 측벽(112a~112d)이 마련되되, 복수의 측벽(112a~112d)에 의해 형성되는 단면적이 토출구(110) 측으로 갈수록 좁아지도록 경사지게 마련될 수 있다.
경사진 복수의 측벽(112a~112d)에 의해 컨테이너(101)의 내측에서 발생된 수소는 토출구(110)로 집중될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지저장시스템(100)는, 토출구(110)의 하부에 위치하여, 토출구(110)로 이동하는 수소가 촉매물질과 반응하여 스팀(H2O)으로 재결합시키기 위한 적어도 하나의 촉매장치(130) 또는 촉매구조체(132a, 132)를 포함할 수 있다. 촉매장치(130) 또는 촉매구조체(132a, 132)는 전력을 이용하지 않는 피동 촉매형 수소재결합장치로서, 컨테이너(101) 내 수소 농도를 조절할 수 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 촉매장치(130)는 기체가 유입되는 기체유입구(1331, 1332)를 가진 본체(133)와, 기체가 유출되는 기체유출구(1311, 1312)를 가진 커버(131)와, 상기 본체(133) 및 커버(131) 의해 케이싱되는 내부에 수용되는 촉매구조체(132a, 132)를 포함할 수 있다. 이때, 커버(131)는 금속재의 일정 크기를 가진 메쉬망일 수 있다.
촉매장치(130)는 기체유입구(1331, 1332)를 통해 유입되는 수소 가스와 접촉하여 촉매 반응을 통해 수소를 제거하고, 스팀이나 물(H2O)이 기체유출구(1311, 1312)로 유출되도록 할 수 있다. 이때, 상기 본체(133)와 커버(131)는 수분에 의해 부식되지 않도록 내부식성을 가진 스테인레스 스틸로 구성되는 것이 좋다.
촉매장치(130)는 외부에서 수소 가스가 포함된 혼합 기체가 유입되어 접촉하게 되며, 이때 혼합 기체의 수소와 산소가 촉매구조체(132a, 132)를 통과하면서 물(H2O)로 재결합 반응을 일으키게 된 후, 수소가 제거된 혼합 기체가 외부로 유출될 수 있다.
촉매구조체(132a, 132)에서 수소가 산소와의 결합으로 물로 전환될 때, 발생하는 열에 의해 자연 대류가 발생하여, 수소를 포함한 혼합기체가 본체(133)를 연속적으로 통과함으로써, 컨테이너(101) 내부의 수소를 지속 제거할 수 있다.
촉매구조체(132a, 132)는 유입된 혼합 기체 중 수소를 산소와 결합시켜 물로 전환시키는 재결합 요소로서, 열팽창률이 작고 내열충격성에 뛰어난 결정질의 세라믹스인 코디어라이트(cordierite)를 압력손실과 반응물질인 수소와의 접촉면적을 고려하여 허니컴(honeycomb) 형상으로 압출 성형하여 제작할 수 있다.
이때, 촉매구조체(132a, 132b)인 코디어라이트 허니컴은, 단위 크기당 셀 수가 10~900 CPSI(cells per square inch)로 그리고 각 셀을 구획하는 벽의 웹두께가 2~12 mil로 하여, 저농도에서 고농도의 수소까지 처리가 가능하도록 하며, 혼합 기체에 포함된 수소의 농도가 0.1 ~ 8%의 범위 내에서 산소와의 결합으로 물로 전환될 수 있도록 한다.
다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매구조체(132a, 132b)는 이에 한하지 않고, 코디어라이트 허니컴 뿐만 아니라 메탈 허니컴은 물론, 이와 유사하게 비정형적으로 내부에 다수의 빈 공간을 가져 상기 촉매를 코팅할 수 있는 그물망 형태의 구조체 등일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 코디어라이트 허니컴 표면에 코팅되는 촉매제로는 Pt/TiO2 촉매제가 습식 함침법에 의해 촉매를 제조하여 상기 코디어라이트 허니컴에 코팅함으로써 촉매구조체(132a, 132)를 제작할 수 있다.
이러한 구조체에 코팅할 수 있는 촉매는 Pt/TiO2 로 예시하였으나, 본 발명은 이에 한하지 않고, 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 류테늄(Ru) 및 로듐(Rh) 중 어느 하나 또는 이들의 조합이거나 귀금속이 아닌 페로브스카이트와 같은 금속산화물 촉매일 수 있고, 촉매지지체로서 Al2O3, zeolite, SiO2, La-r-Al2O3, 그래핀, 탄소나노튜브 등을 포함할 수 있다.
촉매구조체(132a, 132b)를 통과되는 혼합기체는 0~300℃의 온도 범위 내에서 이루어질 수 있고, 또 촉매구조체(132a, 132b)를 통과되는 혼합기체는 상대습도 95% 이상일 수도 있다.
일 실시예에 따라, 상기와 같이 코디어라이트 허니컴 표면에는 코팅되는 Pt/TiO2 촉매를 이용하여 공간 속도에 따른 성능시험을 진행하고, 그 결과를 도 7에 나타내었다.
이때, 촉매 지지체로서 널리 사용되고 있는 Al2O3와 상기 본 발명의 촉매 지지체로 사용되는 TiO2 촉매 지지체에 백금(Pt)을 각각 0.1% Pt/TiO2 및 0.5% 코팅한 Pt/TiO2와 백금을 0.1% Pt/Al2O3 및 0.5% Pt/Al2O3로 상호 동일하게 공간속도 3,000에서 공간속도에 따른 성능 시험을 진행하였다.
도 7의 그래프에서 확인되는 바와 같이, Pt/Al2O3에 비하여 Pt/TiO2 촉매가 약 40% 수소 제거능이 증가하는 것을 확인할 수 있으며, 또한 Pt/Al2O3에 비하여 Pt/TiO2 의 촉매가 45~50%의 촉매 활성이 증가하는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 수소 제거를 위해 적용되는 촉매의 경우 TiO2 가 우수한 촉매 지지체임을 확인할 수 있다.
한편, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지저장시스템의 개략도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지저장시스템(100)는, 토출구(110)에 마련되어 컨테이너(101) 내부의 수소에 대하여 상승의 기류를 유도시키기 위한 팬(120)을 포함할 수 있다.
팬(120)은 구동에 의해 컨테이너(101) 내부의 기체를 외부로 배출시키기 위해 토출구(110)의 상부 또는 하부에 위치할 수 있으며, 바람직하게는 토출구(110)와 그 하부에 위치한 촉매장치(130) 사이에 개재되어, 팬(120)의 구동에 의해 수소가 혼합된 기체가 촉매장치(130b)의 기체유입구(1311, 1312)로 유입될 수 있도록 할 수 있다.
팬(120)은, 후술하는 바와 같이, 제어부(220)에 의해 생성된 제어명령에 의해 온(on)/오프(off)가 제어되거나, 구동속도(또는 회전속도)가 조절될 수 있다.
제어부(220)는 팬(120)을 컨테이너(101) 내 수소가스의 농도와 상관없이, 지속하여 또는 주기적으로 구동시킬 수 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따라, 제어부(220)는 수소농도측정수단(240)에 의해 측정된 컨테이너(101) 내 수소가스 농도를 근거로 기 설정된 임계치를 초과하면, 팬(120)의 구동을 시작하거나 구동속도를 높이도록 제어함으로써, 수소를 포함한 혼합기체를 토출구(110) 및 그 하부에 위치한 촉매장치(130)로 강제 유도케 함으로써, 수소를 신속하게 제거하여 고농도 수소로 인한 자연발화 가능성을 낮추도록 할 수 있다.
또한, 후술하는 바와 같이, 경보수단(250)을 통해 컨테이너(101) 내 수소 누출이 발생하였음을 외부로 알림으로써, 작업자가 신속히 조치를 취할 수 있도록 할 수 있다.
여기서 수소농도측정수단(240)은 컨테이너(101) 내에 위치하여 설치위치 주변의 수소 농도를 측정하기 위한 수단으로서, 이에 대한 자세한 설명은 후술하기로 한다.
한편, 도 4에 도시한 바와 같이, 촉매장치(130)는 토출구(110)나 그 주변에 마련될 수 있지만, 이에 한하지 않고 토출구(110)가 마련되지 않은 컨테이너(101)의 경우에는 컨테이너(101)의 내상측에 마련될 수도 있다(도면부호 130a 및 130c 참조).
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지저장시스템의 수소제어시스템에 대한 구성도이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지저장시스템은 촉매구조체(132a, 132b)의 표면 온도를 비접촉식으로 측정하기 위한 비접촉식 온도측정수단(210)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 비접촉식 온도측정수단(210)은, 적외선을 이용하여 피측정물에 대한 온도를 측정할 수 있는 적외선 온도센서일 수 있다. 구체적으로, 적외선 온도센서는 측정 대상 물체에서 방사하는 에너지를 수광부에서 흡수하여 열에너지로 변환하고, 그 온도 상승을 전기 신호로 변환하여 검출할 수 있다. 이러한 검출은 슈테판-볼츠만 법칙(Stefan-Boltzmann law)에 기초하며, 전기 신호의 크기는 하기 수학식 1에 비례하는 것으로 알려져 있다.
[수학식 1]
To 4 - Ta 4 (여기서, To는 측정 대상 물체의 표면온도이고, Ta는 적외선 센서의 주변 온도이다)
전술한 바와 같이, 상기 촉매구조체(132a, 132b)에서 혼합기체 내 수소가 산소와의 결합으로 스팀으로 전환될 때 열이 발생하며, 제어부(220)는 상기 온도측정수단(210)을 이용하여 촉매구조체(132a, 132b)의 표면에 열이 발생하여 온도가 상승하면, 상기 촉매장치(130) 또는 촉매구조체(132a, 132b)가 작동 중, 즉 수소를 제거하고 있음을 판단할 수 있다. 즉, 제어부(220)는 촉매구조체(132a, 132b)의 표면 온도가 상승하는 경우, 촉매구조체(132a, 132b)가 수소를 제거하고 있음을 판단할 수 있고, 온도 변화가 없는 경우, 촉매구조체(132a, 132b)가 수소를 제거하고 있지 않음을 판단할 수 있다.
이때, 온도측정수단(210)이 적외선을 이용하여 피측정물의 온도를 측정하는 적외선 온도센서인 경우, 측정 정확도를 높이기 위해 촉매구조체(132a, 132b)의 표면과 인접 설치되지 않고 이격 설치되는 것이 바람직하다.
제어부(220)는 위와 같은 판단 결과를 외부에 빛 따위를 이용한 시각적으로 출력할 수도 있고, 소리 따위를 이용한 청각적으로 출력할 수도 있으나, 본 발명은 그 출력형태를 특별히 한정하지 않는다.
다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지저장시스템(100)는 경보수단(250)을 이용하여 촉매장치(130)의 작동 여부에 따라 외부 출력신호를 달리하여 출력하는 것이 바람직하며, 작업자는 경보수단(250)에서 출력되는 신호를 이용하여 촉매장치(130)의 작동 여부를 확인할 수 있고, 이는 곧 배터리 팩으로부터 수소가 누출되고 있는 상태를 가리키는 것이기 때문에, 작업자가 에너지저장시스템(100)에 대해 신속히 조치를 취하게끔 유도할 수 있다.
한편, 도면에 도시하지 않았으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지저장시스템(100)는, 유무선 통신부(미도시)를 포함할 수 있고, 제어부(220)는 상기 통신부를 이용하여, 원격의 단말기에 촉매구조체(132a, 132b)의 작동 여부에 대한 판단 결과를 전송할 수 있다.
여기서 통신부(미도시)의 통신방식은 특별히 한정하지 않으나, 바람직하게는 WLAN(Wireless LAN), WiFi(Wireless Fidelity) Direct, DLNA(Digital Living Network Alliance), Wibro(Wireless broadband), Wimax(World Interoperability for Microwave Access), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access), 블루투스(Bluetooth), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), UWB(Ultra Wideband), ZigBee, NFC(Near Field Communication), LoRa(Long Range) 등과 같은 무선통신인 것이 좋다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(220)는 상기 온도측정수단(210)에 의해 측정된 온도가 기 설정된 폭발임계온도변화폭과 비교하여 그 이상인 경우 경보수단(250)을 이용하여 또 다른 출력방식으로 알람을 출력할 수 있다.
컨테이너(101) 내부에 고농도 수소가 존재하면 촉매구조체(132a, 132b)의 표면 온도의 상승폭이 커지기 되기 때문에, 이를 이용하여 후술하는 수소농도측정수단(240)를 구비하지 않더라도 제어부(220)는 측정된 온도 상승폭을 이용하여 컨테이너(101) 내부의 수소 농도를 예측할 수 있다.
수소농도가 4% 이상인 경우 자연발화 또는 자연폭발가능성이 있기 때문에, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(220)는 온도측정수단(210)을 이용하여 일정시간동안 측정된 온도의 변화를 기 설정된 폭발임계온도변화폭과 비교하고, 만약 측정된 온도의 상승폭이 기 설정된 폭발임계온도변화폭 이상이면 수소 폭발의 위험성을 경보할 수 있다.
또한 이와 함께 제어부(220)는 에너지저장시스템(100)의 컨테이너(101) 내 모든 팬(230)의 구동속도를 최대로 작동하도록 제어명령을 생성하여, 컨테이너(101) 내 수소 농도를 낮추도록 유도함으로써 수소 폭발을 미연에 방지할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
다만, 온도측정수단(210)에 의해 측정된 온도가 알려지지 않은 불명확한 원인 등으로 인하여 일시적으로 급상승하여 기 설정된 폭발임계온도변화폭 이상인 경우 잘못 경보를 알릴 수 있기 때문에, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(220)는 온도측정수단(210)에 의해 측정된 온도의 변화 이력을 소정기간동안 저장하되, 해당 기간 동안의 온도변화를 산술평균 또는 가중평균하고, 이렇게 평균한 값을 근거로 상기 기 설정된 폭발임계온도변화폭과 비교하는 것이 바람직하다.
이렇게 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제어부(220)는 경보수단(250)을 이용하여, 컨테이너(101) 내에서 수소 농도 상승으로 인한 자연 발화 및 폭발을 예단하여 미리 알림으로써, 수소 폭발에 의한 사고를 방지할 수 있는 효과가 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지저장시스템(100)는, 설치위치 주변의 수소가스 농도를 측정하기 위한 수소농도측정수단(240)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 수소농도측정수단(240)은 공기 중 수소가스의 농도를 측정하기 위한 것이면 그 종류를 특별히 한정하지 않는다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지저장시스템(100)는, 수소농도측정수단(240)을 이용하여 컨테이너(101) 내 수소농도를 다소 낮출 수 있으나, 고농도의 수소가스로 인한 자연발화 등에 의한 폭발을 방지하기 위해, 넓은 면적의 컨테이너(101) 내 모든 위치에 다량의 수소농도측정수단(240)을 설치하는 것은 매우 비경제적이다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지저장시스템(100)는, 다양한 형상 및 크기를 가진 컨테이너(101)들에서 컨테이너(101) 내 임의의 위치에서 수소가스가 발생하였을 때 어느 곳에 고농도로 모이는지, 즉 컨테이너(101) 내 수소농도분포가 어떻게 이루어지는지에 대한 학습정보를 저장할 수 있고, 제어부(220)는 해당 에너지저장시스템(100)가 설치된 컨테이너(101)에 대한 제원정보(일 예로 컨테이너(101)의 형상 및 크기 등)과, 컨테이너(101) 내 설치된 소량의 수소농도측정수단(240)의 위치정보를 파라미터로, 상기 학습정보에 대입시킴으로써 출력되는 정보를 이용하여 해당 컨테이너(101) 내 수소농도분포를 추정할 수 있다.
따라서, 수소농도측정수단(240)에 의해 측정된 수소 가스의 농도가 고농도가 아니더라도, 혹은 촉매구조체(132a, 132b)의 표면 온도상승폭이 크지 않더라도, 제어부(220)는 에너지저장시스템(100)의 해당 컨테이너(101) 내 수소농도분포를 추정하여, 만약 어느 한 곳의 수소농도가 기 설정된 임계치를 초과하면 팬(230)을 구동하거나 구동속도를 높여 수소농도를 낮추도록 함은 물론이고, 경보수단(250)을 통해 외부로 알람신호를 출력할 수 있다.
물론, 고농도의 수소가 추정되면, 제어부(220)는 에너지저장시스템(100)의 컨테이너(101) 내 모든 팬(230)의 구동속도를 최대로 작동하도록 제어명령을 생성하여, 컨테이너(101) 내 수소 농도를 신속히 낮추도록 유도케하는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매구조체(132a, 132b)는 컨테이너(101)에 마련될 수도 있지만, 배티러 랙(102)의 일측에 위치할 수도 있다(도 8a 및 8b 참조).
도 8a에 도시한 바와 같이, 촉매구조체(132a, 132b) 또는 이를 포함한 촉매장치(130)는 배티러 랙(102)의 일측, 바람직하게는 상측의 일단부에 연장되도록 결합되어, 무기가 배터리 팩으로부터 누출된 수소가스가 촉매구조체(132a, 132b) 또는 촉매장치(130)에 유입되도록 할 수 있다.
이때 촉매구조체(132a, 132b) 또는 촉매장치(130)는 어느 한 가장자리가 상기 배티러 랙(102)의 상측 일단부에 결합하되 회동 가능하도록 결합되어, 작업자가 필요에 따라 그 각도를 조절할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참고하여 상세하게 설명하였다. 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미, 범위 및 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (14)

  1. 적어도 하나의 배터리 팩을 포함하는 적어도 하나의 배터리 랙;
    상기 배터리 랙을 수용하는 컨테이너; 및
    상기 컨테이너 내에 위치하여, 상기 배터리 팩으로부터 유출된 수소가 촉매물질과 반응하여 스팀으로 재결합시키기 위한 적어도 하나의 촉매구조체;
    를 포함하는 에너지저장시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 팩으로부터 유출된 수소를 상기 컨테이너의 외부로 토출시키기 위해 상기 컨테이너의 일측에 형성된 적어도 하나의 토출구;
    를 더 포함하되,
    상기 촉매구조체는, 상기 토출구에 위치하여, 상기 토출구로 이동하는 수소가스를 제거하는 것을 특징으로 하는 에너지저장시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 컨테이너의 상측에 상기 토출구를 중심으로 돌출형성되되, 상기 토출구측으로 갈수록 단면적이 점점 작아지도록 형성된 수소배출노즐;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지저장시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 토출구에 마련되어, 상기 컨테이너 내부의 수소에 대하여 상승기류를 유도시키기 위한 적어도 하나의 팬;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지저장시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 컨테이너 내부에 위치하여 수소가스 농도를 측정하기 위한 수소농도측정수단;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지저장시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 수소농도측정수단에 의해 측정된 상기 수소가스 농도가 기 설정된 임계치를 초과하면 상기 팬을 구동하거나 구동속도를 높이도록 하는 제어부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지저장시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    다양한 형상 및 크기를 가진 상기 컨테이너들의 상기 컨테이너 내 수소농도분포에 대한 학습정보를 이용하여 상기 에너지저장시스템이 설치된 상기 컨테이너 내 수소농도분포를 추정하되,
    상기 에너지저장시스템이 설치된 상기 컨테이너에 대한 제원정보 및 상기 컨테이너 내 상기 수소농도측정수단의 위치정보를 상기 학습정보에 대입시켜 출력되는 정보를 이용하여 해당 상기 컨테이너 내 수소농도분포를 추정하는 제어부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지저장시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 촉매 구조체는 코디어라이트(cordierite) 허니컴 형상으로 형성되고, 상기 코디어라이트 허니컴은, 촉매 지지체로서 백금(Pt)이 코팅되는 Pt/TiO2 인 것을 특징으로 하는 에너지저장시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 코디어라이트 허니컴은 단위 크기당 셀 수가 10~900 CPSI(cells per square inch)이고, 웹두께가 2~12 mil로 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지저장시스템.
  10. 제 1 항에 있어서,
    적외선을 이용하여 상기 촉매구조체 표면의 온도를 측정하기 위한 비접촉식 온도측정수단; 및
    상기 온도측정수단에 의해 측정된 온도가 상승하면, 상기 촉매구조체가 수소가스를 제거하고 있음을 판단하고, 상기 촉매구조체의 작동 여부에 따라 외부 출력을 달리하는 제어부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지저장시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 온도측정수단에 의해 측정된 온도의 상승폭이 기 설정된 폭발임계온도변화폭 이상인 경우 알람을 출력하는 경보수단;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지저장시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    소정 기간동안 상기 측정된 온도의 변화를 산술평균하고, 상기 산술평균한 결과를 근거로 상기 폭발임계온도변화폭과 비교하는 것을 특징으로 하는 에너지저장시스템.
  13. 적어도 하나의 배터리 팩을 포함하는 배터리 랙에 있어서,
    상기 배터리 랙의 일측에 위치하여, 상기 배터리 팩으로부터 유출된 수소가 촉매물질과 반응하여 스팀으로 재결합시키기 위한 적어도 하나의 촉매구조체;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
  14. 제 13 항에 있어서,
    기체가 유입되는 기체유입구를 가진 본체와, 기체가 유출되는 기체유출구를 가진 커버와, 상기 본체 및 상기 커버에 의해 케이싱되는 내부에 수용되는 상기 촉매구조를 포함하는 촉매장치를 더 포함하되,
    상기 촉매장치는, 상기 배터리 랙의 상측 일단부로부터 연장되도록 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 랙.
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