KR102307536B1 - 배터리 에너지 저장시스템의 소화시스템 및 그 소화방법 - Google Patents

배터리 에너지 저장시스템의 소화시스템 및 그 소화방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리 에너지 저장시스템의 소화시스템 및 그 소화방법에 관한 것으로, 구획된 챔버내부에 설치되되, 배터리 모듈이 내부에 위치하는 배터리랙이 수직으로 복수개 구성되는 배터리트레이가 수평으로 복수개 연결된 배터리 트레이 시스템이 1이상 설치된 배터리 에너지 저장시스템의 소화시스템에 있어서, 상기 소화시스템은 배터리랙 내부의 배터리 모듈 상부에 설치되는 온도 센서와 배터리랙 상부 랙환풍구에 설치되어 배터리랙 내부로부터 유출되는 가스를 검출하는 가스 검출 센서와 연기 검출 센서와 챔버 천장에 배터리 트레이별로 설치되는 불꽃 검출 센서로 구성된 센서부;랙별 소화장치와 트레이별 소화장치로 구성되는 소화약제공급부; 상기 센서부로부터 센싱되는 데이터를 연산 처리하고, 상기 소화약제공급부에 소화 명령을 출력하여 제어하는 제어부; 상기 챔버 내부에 화재 발생 및 화재 상태를 감시하는 감시카메라부; 상기 제어부에 의해 연산 처리되는 각종 데이터와 현재 챔버 내부 상황을 촬상하여 보여주는 디스플레이부; 상기 제어부와 유무선으로 연결되어 쌍방향 통신할 수 있는 내부네트워크; 상기 내부네트워크를 외부의 단말기와 통신으로 쌍방향 연결하는 통신망; 및 외부에서 챔버내부를 보거나, 사용자가 제어명령을 송출하여 상기 감시카메라부의 동작을 제어하거나 상기 소화약제공급부로 하여금 소화를 위한 제어를 하거나 화재경보 신호를 송출할 수 있는 단말기;로 구성되며, 그 된 것을 특징으로 하는 배터리 에너지 저장시스템의 소화시스템과 그 소화방법에 관한 것이다.

Description

배터리 에너지 저장시스템의 소화시스템 및 그 소화방법{Fire Extinguishing System Of Battery Energy Storage System And Fire Extinguishing Method}
본 발명은 배터리 에너지 저장시스템의 소화시스템 및 그 소화방법에 관한 것으로, 구획된 챔버내부에 설치되되, 배터리 모듈이 내부에 위치하는 배터리랙이 수직으로 복수개 구성되는 배터리트레이가 수평으로 복수개 연결된 배터리 트레이 시스템이 1이상 설치된 배터리 시스템의 소화시스템에 있어서, 상기 소화시스템은 배터리랙 내부의 배터리 모듈 상부에 설치되는 온도 센서와 배터리랙 상부 랙환풍구에 설치되어 배터리랙 내부로부터 유출되는 가스를 검출하는 가스 검출 센서와 연기 검출 센서와 챔버 천장에 배터리 트레이별로 설치되는 불꽃 검출 센서로 구성된 센서부;랙별 소화장치와 트레이별 소화장치로 구성되는 소화약제공급부; 상기 센서부로부터 센싱되는 데이터를 연산 처리하고, 상기 소화약제공급부에 소화 명령을 출력하여 제어하는 제어부; 상기 챔버 내부에 화재 발생 및 화재 상태를 감시하는 감시카메라부; 상기 제어부에 의해 연산 처리되는 각종 데이터와 현재 챔버 내부 상황을 촬상하여 보여주는 디스플레이부; 상기 제어부와 유무선으로 연결되어 쌍방향 통신할 수 있는 내부네트워크; 상기 내부네트워크를 외부의 단말기와 통신으로 쌍방향 연결하는 통신망; 및 외부에서 챔버내부를 보거나, 사용자가 제어명령을 송출하여 상기 감시카메라부의 동작을 제어하거나 상기 소화약제공급부로 하여금 소화를 위한 제어를 하거나 화재경보 신호를 송출할 수 있는 단말기;로 구성되며, 그 된 것을 특징으로 하는 배터리 에너지 저장시스템의 소화시스템과 그 소화방법에 관한 것이다.
일반적으로 배터리 에너지 저장시스템(BESS; Battery Energy Storage System)은 발전소에서 과잉 생산된 전력을 일시적으로 저장해 두었다가 일시적으로 전력이 부족하거나 피크전력이 예상될 때 다시 송전해주는 저장장치를 말한다.
최근에는 전력 수급 불균형 등으로 인해 신재생에너지에 대한 관심이 급격하게 증가하면서, BESS를 통해 신재생에너지를 활용해 생산된 전기를 저장하고 필요한 시간대에 활용하도록 하는 기술에 대한 개발이 지속적으로 이루어지고 있다.
특히, 최근 들어 신축되는 공공건물에 대한 BESS의 설치가 의무화되고, 민간건물 등에도 에너지 절감 차원에서 BESS의 설치가 증가함에 따라 BESS 시장은 그 성장을 계속하고 있다.
이러한 BESS는 국내 등록특허 제10-1915876호 등 다양하게 개시되어 있다.
한편, BESS는 랙 케이스에 에너지를 저장하는 배터리 셀이 어레이된 배터리 트레이와, 배터리 셀을 관리하는 BMS, 전력을 직류-교류로 변환하는 PCS 등을 수용하도록 하고, 이러한 랙 케이스를 콘테이터 형태의 챔버 또는 건물 등의 일정 공간에 수용하여 운용토록 하고 있다.
이러한 BESS는 배터리 셀 내부의 손상 또는 다양한 원인에 의해 과열 및 화재가 발생할 수 있다.
특히 배터리 에너지 저장 시스템으로 많이 사용되는 리튬이온 배터리는 외부서지와 고온에 취약하다는 단점이 있어 리튬이온배터리를 집약하여 저장하는 배터리 에너지 저장 시스템은 화재 위험이 상존하는 문제점이 있다.
또한, BESS 화재는 개별 배터리 셀 단위에서 발화가 시작되며, 이후 랙 케이스에 설치되는 모듈단위로 화재가 진전되며, 초기에 화재가 발생할 경우 랙 케이스에 설치되는 모듈과 BMS별로 진압이 가능하고, 진압에 실패할 경우에는 배터리 전체 시스템과 BMS 및 전력변환장치(PMS)로 확산되어 대형화재로 확대되는 특성을 갖는다.
도 11을 참조하면 리튬이온 배터리 열폭주 진행시간에 관한 특성곡선으로, 처음에는 모듈 온도가 점차적으로 상승하여, 내부에서 화학적 가스가 발생하여 방출하는 Off-Vent 가스를 방출하다가 3-4분이 지나면서 갑자기 열폭주 현상이 일어나 화염을 방출하는 수순으로 진행함을 알수 있게 된다.
이때 첫 단계로 배터리 모듈 온도 검출과 Off-Vent 가스를 검출하는 것이 매우 중요하며, 이때 조기에 배터리 셀 또는 배터리 모듈별로 화재를 진압함이 바람직하다.
이 경우 화재진압이 안되면 점차적으로 배터리랙과 배터리 트레이로 화재가 전체로 확산되어 걷잡을 수 없는 열폭주가 진행되어 배터리 에너지 저장시스템(BESS; Battery Energy Storage System) 전체가 화재로 소실되게 된다.
따라서 조기에 배터리 셀 또는 배터리 모듈별로 화재를 진압하되, 번지지 않도록 배터리 모듈별 화재 진압단계 이후에도 연기 검출 및 화염 검출을 하여 검출될 경우 후단계로서 배터리 트레이별로 화재를 진압하여 전체로 화재가 번지지 않도록 함이 매우 중요하다.
따라서, 배터리의 이상 여부를 검출하여 화재 발생으로 이어질 이상 상황 또는 화재발생시 해당 요소에 대해 배터리 트레이별로 선별적으로 선택하여 화재발생 초기에 해당 배터리 모듈의 화재를 효과적으로 진압함으로써 대형화재로 확산되는 것을 방지하고, 초기 화재진압을 수행할 수 있는 구조가 절실히 요구된다고 할 것이다.
본 발명인 배터리 시스템의 소화시스템 및 그 소화방법은 다음과 같은 목적을 가진다.
(1) 본 발명의 목적은 배터리 에너지 저장시스템(BESS; Battery Energy Storage System)에서 발생한 국소적인 배터리 모듈에서의 화재를 인근 배터리 모듈에 확산되는 것을 방지하여 건전 배터리를 보호하고, 화재가 대형화재로 번지지 않도록 단계적인 화재 소화 시스템 및 그 소화방법을 제공함에 있다.
(2) 본 발명의 또다른 목적은 배터리 모듈이 포함되는 배터리랙 수준에서의 소화장치 및 그 소화방법과 배터리 랙 복수개가 모인 배터리 트레이 수준에서의 소화 장치 및 그 소화방법을 구분하여 제공함에 있다.
(3) 본 발명의 또다른 목적은 배터리 소화시스템에 화재발생, 화재경보, 화재진압등의 전과정을 외부에서 모니터링 하여 이를 제어할 수 있도록 함에 있다.
(4) 본 발명의 또다른 목적은 국소적으로 발생한 화재를 해당 레벨에서 소화할 수 있도록 한바, 불필요하게 국소 영영을 훨씬 뛰어넘어 화재를 진압하지 않도록 하여 경제적 손실을 방지함에 있다.
(5) 본 발명의 또다른 목적은 배터리랙에 설치가능하되 모듈화한 랙 소화장치를 제공하여 표준화된 랙 소화장치로서 대량생산이 가능하도록 하여 설치비용이 저감되도록 함에 있다.
본 발명인 구획된 챔버내부에 설치되되, 배터리 모듈(121)이 내부에 위치하는 배터리랙(120)이 수직으로 복수개 구성되는 배터리 트레이(110)가 수평으로 복수개 연결된 배터리 트레이 시스템(100)이 1이상 설치된 배터리 에너지 저장시스템의 소화시스템은 배터리랙(120) 내부의 배터리 모듈(121) 상부에 설치되는 온도 센서(210)와 배터리랙(120) 상부 랙 환풍구(190)에 설치되어 배터리랙(120) 내부로부터 유출되는 가스를 검출하는 가스 검출 센서(220)와 연기 검출 센서(230)와 챔버 천장에 배터리 트레이(110) 별로 설치되는 불꽃 검출 센서(240)로 구성된 센서부(200); 랙별 소화장치(410)와 트레이별 소화장치(450)로 구성되는 소화약제공급부(400); 상기 센서부(200)로부터 센싱되는 데이터를 연산 처리하고, 상기 소화약제공급부(400)에 소화 명령을 출력하여 제어하는 제어부(300); 상기 챔버 내부에 화재 발생 및 화재 상태를 감시하는 감시카메라부(500); 상기 제어부에 의해 연산 처리되는 각종 데이터와 현재 챔버 내부 상황을 촬상하여 보여주는 디스플레이부(600); 상기 제어부(300)와 유무선으로 연결되어 쌍방향 통신할 수 있는 내부네트워크(700); 상기 내부네트워크(700)를 외부의 단말기(900)와 통신으로 쌍방향 연결하는 통신망(800); 및 외부에서 챔버내부를 보거나, 사용자가 제어명령을 송출하여 상기 감시카메라부의 동작을 제어하거나 상기 소화약제공급부로 하여금 소화를 위한 제어를 하거나 화재경보 신호를 송출할 수 있는 단말기(900);를 포함하여 구성된다.
상기 랙별 소화장치(410)는 배터리 모듈(121)이 내부에 설치되는 배터리랙(120)을 소화하는 장치이되, 배터리랙(120) 외부케이스를 수직 관통하여 설치되는 미세 소화 배관(414); 상기 미세 소화 배관 말단에 부착되어 배터리모듈 내부에 소화약재를 분사하는 소화약제 분사 노즐(부호 미부여); 상기 미세 소화 배관(414)에 수평으로 배관 연결되되 배터리랙(120) 외부케이스 상부에 설치되는 배터리모듈 배관(413); 상기 배터리 시스템이 설치된 챔버와 구획된 공간에 설치된 소화약제 저장장치(411); 상기 소화약제 저장장치(411)로부터 배관연결되어 배터리 트레이마다 소화약제를 공급하는 공급 배관;(부호 미부여) 상기 공급배관(부호 미부여)과 상기 배터리 모듈 배관(413)사이에 설치되어 소화약제 공급을 상기 제어부(300)의 제어명령에 따라 닫거나 열리는 솔레노이드 밸브(412)로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 트레이별 소화장치(450)는 배터리 트레이(110) 상부에 설치되어 배터리 트레이별로 소화하는 장치이되, 상기 배터리 시스템이 설치된 챔버와 구획된 공간에 설치된 소화약제 저장장치(451); 상기 소화약제 저장장치(451)와 배관 연결되어 배터리 트레이(110) 상부마다 분사할 수 있되, 상기 제어부(300)의 제어명령에 따라 특정 배터리 트레이에 분사하는 분사구(부호 미부여);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 배터리모듈 배관(413)은 직경 6mm 내지 9mm인 것을 사용하되, 상기 배터리랙(120) 외부케이스 상부에 상기 미세 소화 배관(414)이 골고루 편재하도록 설치함이 바람직하다.
상기 미세 소화 배관(414)은 직경 2mm 내지 4mm인 것을 사용함이 바람직하다.
상기 소화약제 분사노즐(부호 미부여)의 헤드 직경은 2mm 내지 4mm인 것을 사용하되, 분사각도가 118도-122도인 분사구의 직경은 1mm 내지 2mm 인 것을 사용함이 바람직하다.
상기 공급배관(부호 미부여)은 직경 80mm 내지 120mm인 배관을 사용함이 바람직하다.
상기 소화시스템은 상기 감시카메라부(500)를 챔버 외부에서 각도조절, 줌인 줌아웃 제어를 할 수 있는 카메라 조작부(510)를 더 포함하여 구성함이 바람직하다.
본 발명에 따른 소화시스템의 소화방법은
온도 센서(210)에 의해 랙별 온도 검출하고, 가스 검출 센서(220)에 의해 Off-Vent 가스 농도를 검출하는 온도 및 가스 농도 검출 단계(101S);
연기 검출 센서에 의해 연기를 검출하는 연기 검출 단계(102S);
불꽃 검출 센서에 의해 불꽃을 검출하는 불꽃 검출 단계(103S);
설정시간당 온도변화율이 20℃ 초과 및 Off-Vent 가스 농도가 설정기준치를 초과하는지 판별하되 판별조건 불만족 경우 상기 온도 및 가스 농도 검출단계로 되돌리는 온도 초과 및 가스 설정치 초과 판별 단계(200S);
연기 검출 농도가 설정기준치를 초과하는지를 판별하되 불만족 경우 상기 연기 검출단계로 되돌리는 연기 설정치 초과 판별 단계(310S);
불꽃이 검출 여부를 판별하되 불만족 경우 상기 불꽃 검출 단계로 되돌리는 불꽃 검출 판별 단계(420S);
상기 온도 초과 및 가스 설정치 초과 판별 단계에서 판별 조건 만족 경우 특정 랙에 화재 발생했음을 알리는 1단계 화재경보를 제어부와 외부의 단말기에 알리되, 연기 설정치 초과 판별 단계로 이동하는 1단계 화재경보 단계(300S);
1단계 화재경보에 따라 상기 특정 랙에 랙별 소화장치의 구동에 의해 소화약제를 분사하는 랙 소화약제 분사 단계(400S);
상기 연기 설정치 초과 판별 단계에서 판별 조건 만족 경우 특정 배터리 트레이에 화재 발생했음을 알리는 2단계 화재경보를 제어부와 외부의 단말기에 알리되, 불꽃 검출 판별 단계로 이동하는 2단계 화재경보 단계(410S);
2단계 화재경보에 따라 특정 배터리 트레이에 소화약제를 분사하는 트레이별 소화약제 분사 단계(510S);
상기 불꽃 검출 판별 단계에서 판별 조건 만족 경우 특정 배터리 트레이 시스템에 화재 발생했음을 알리는 3단게 화재경보를 제어부와 외부의 단말기에 알리는 3단계 화재 경보 단계(520S); 및
3단계 화재경보에 따라 특정 배터리 트레이 시스템에 소화약제를 분사하는 트레이 시스템 소화약제 분사 단계(620S);로 구성된다.
상기 온도 센서(210)는 열전대 온도센서를 사용함이 바람직하다.
상기 연기 검출 센서(230)는 챔버 천장에 배터리 트레이(110)별로 설치될 수 있음이 바람직할 수 있다.
본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.
(1) 본 발명은 배터리 에너지 저장시스템(BESS; Battery Energy Storage System)에서 발생한 국소적인 배터리 모듈에서의 화재를 인근 배터리 모듈에 확산되는 것을 방지하여 건전 배터리를 보호하고, 화재가 대형화재로 번지지 않도록 단계적인 화재 소화 시스템 및 그 소화방법을 제공한다.
(2) 본 발명은 배터리 모듈이 포함되는 배터리랙 수준에서의 소화장치 및 그 소화방법과 배터리 랙 복수개가 모인 배터리 트레이 수준에서의 소화 장치 및 그 소화방법을 구분하여 제공한다.
(3) 본 발명은 배터리 소화시스템에 화재발생, 화재경보, 화재진압등의 전과정을 외부에서 사용자가 모니터링 하여 이를 제어할 수 있다.
(4) 본 발명은 국소적으로 발생한 화재를 해당 레벨에서 소화할 수 있도록 한바, 불필요하게 국소 영영을 훨씬 뛰어넘어 화재를 진압하지 않도록 하여 경제적 손실을 방지한다.
(5) 본 발명은 배터리랙에 설치가능하되 모듈화한 랙 소화장치를 제공하여 표준화된 랙 소화장치로서 대량생산이 가능하도록 하여 설치비용이 저감된다.
(6) 분사 노즐이 배터리 모듈 내부를 관통하여 설치됨에 따라, 소화약재를 배터리모듈 내부에 분사하게 되어 즉효적인 화재진압효과를 가지게 한다.
도 1은 본 발명인 배터리 에너지 저장시스템의 소화시스템을 간략하게 사시도 형태로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에서 천장을 제거하고 나타낸 배터리 에너지 저장시스템의 소화시스템의 사시도이다.
도 3은 본 발명인 배터리 에너지 저장시스템의 소화시스템을 간략하게 측면도 형태로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명인 배터리 에너지 저장시스템의 소화시스템을 구성하는 배터리랙의 랙환풍구를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명인 배터리 에너지 저장시스템의 소화시스템을 간략하게 전면도 형태로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명인 배터리 에너지 저장시스템의 소화시스템을 구성하는 랙별 소화장치를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6의 랙별 소화장치를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 8을 도 6의 랙별 소화장치를 확대하되 외부케이스를 제거하고 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명인 배터리 에너지 저장시스템의 소화시스템을 간략하게 나타낸 개념도이다.
도 10은 본 발명인 배터리 에너지 저장시스템의 소화시스템의 소화방법을 시계열적으로 타낸 순서도이다.
도 11은 리튬이온 배터리 열폭주 진행 시간에 대한 특성그래프를 나타낸 도면이다.
먼저, 본 발명의 구체적인 설명에 들어가기에 앞서, 본 발명에 관련된 공지 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라 질 수 있으므로, 그 정의는 본 발명에 따른 "배터리 에너지 저장시스템의 소화시스템 및 그 소화방법"을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
본 명세서에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지는 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명인 배터리 에너지 저장시스템의 소화시스템을 간략하게 사시도 형태로 나타낸 도면이며, 도 2는 도 1에서 천장을 제거하고 나타낸 배터리 에너지 저장시스템의 소화시스템의 사시도이고, 도 3은 본 발명인 배터리 에너지 저장시스템의 소화시스템을 간략하게 측면도 형태로 나타낸 도면이며, 도 4는 본 발명인 배터리 에너지 저장시스템의 소화시스템을 구성하는 배터리랙의 랙환풍구를 확대하여 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명인 배터리 에너지 저장시스템의 소화시스템을 간략하게 전면도 형태로 나타낸 도면이며, 도 6은 본 발명인 배터리 에너지 저장시스템의 소화시스템을 구성하는 랙별 소화장치를 나타낸 도면이고, 도 7은 도 6의 랙별 소화장치를 확대하여 나타낸 도면이며, 도 8을 도 6의 랙별 소화장치를 확대하되 외부케이스를 제거하고 나타낸 도면이고, 도 9는 본 발명인 배터리 에너지 저장시스템의 소화시스템을 간략하게 나타낸 개념도이며, 도 10은 본 발명인 배터리 에너지 저장시스템의 소화시스템의 소화방법을 시계열적으로 타낸 순서도이고, 도 11은 리튬이온 배터리 열폭주 진행 시간에 대한 특성그래프를 나타낸 도면이다.
도 1 내지 3 및 9를 참조하면 본 발명인 구획된 챔버내부에 설치되되, 배터리 모듈(121)이 내부에 위치하는 배터리랙(120)이 수직으로 복수개 구성되는 배터리 트레이(110)가 수평으로 복수개 연결된 배터리 트레이 시스템(100)이 1이상 설치된 배터리 에너지 저장시스템의 소화시스템은 배터리랙(120) 내부의 배터리 모듈(121) 상부에 설치되는 온도 센서(210)와 배터리랙(120) 상부 랙 환풍구(190)에 설치되어 배터리랙(120) 내부로부터 유출되는 가스를 검출하는 가스 검출 센서(220)와 연기 검출 센서(230)와 챔버 천장에 배터리 트레이(110) 별로 설치되는 불꽃 검출 센서(240)로 구성된 센서부(200); 랙별 소화장치(410)와 트레이별 소화장치(450)로 구성되는 소화약제공급부(400); 상기 센서부(200)로부터 센싱되는 데이터를 연산 처리하고, 상기 소화약제공급부(400)에 소화 명령을 출력하여 제어하는 제어부(300); 상기 챔버 내부에 화재 발생 및 화재 상태를 감시하는 감시카메라부(500); 상기 제어부에 의해 연산 처리되는 각종 데이터와 현재 챔버 내부 상황을 촬상하여 보여주는 디스플레이부(600); 상기 제어부(300)와 유무선으로 연결되어 쌍방향 통신할 수 있는 내부네트워크(700); 상기 내부네트워크(700)를 외부의 단말기(900)와 통신으로 쌍방향 연결하는 통신망(800); 및 외부에서 챔버내부를 보거나, 사용자가 제어명령을 송출하여 상기 감시카메라부의 동작을 제어하거나 상기 소화약제공급부로 하여금 소화를 위한 제어를 하거나 화재경보 신호를 송출할 수 있는 단말기(900);를 포함하여 구성된다.
상기 사용자는 배터리 에너지 저장시스템의 관리자를 의미한다.
특히 도 4를 참조하면 가스 검출 센서(220)와 연기 검출 센서(230)는 배터리랙(120) 상부 랙 환풍구(190)에 인접한 곳에 설치되어 배터리랙(120) 내부로부터 유출되는 가스 및 연기를 검출 할 수 있도록 한다.
특히 가스 검출 센서(220)는 배터리 셀의 열폭주에 따른 배터리 내부압력 증가 또는 셀 손상에 의해 발생되어 누출되는 가스를 검출할 수 있는바, 화재의 조기 진압을 위해 매우 중요한 화재 발생 단서를 제공한다.
상기 불꽃검출센서(240)는 챔버 내부에 설치되어 배터리 트레이(20)로부터 발생되는 불꽃을 검출하는데, 챔버 내부의 중앙 천정에 장착될 수 있고, 적용개수는 적절하게 적용하면 된다.
상기 온도센서와 가스 검출 센서는 주로 국소적으로 발생하는 초기의 화재를 판별하는 역할을 하고, 연기 검출 센서와 불꽃 검출 센서는 초기 화재로부터 더 진행되는 경우에 있어서의 화재 또는 우발적으로 발생된 급격한 화재를 판별하는 역할을 한다.
상기 감시카메라부는 수직 및 수평 회전이 모두 가능하고, 광각렌즈가 탑재된 소수의 카메라로 챔버 전영역을 촬상할 수 있도록 하되, 촬상되는 영상은 제어부(300)에 제공된다.
배터리 트레이 시스템을 이루는 배터리 트레이와 배터리 트레이를 이루는 배터리랙은 각기 상위개념의 어드레스와 하위개념의 어드레스로 고유 지정됨과 동시에 제어부에 저장되어 특정 영역에서 발생한 화재 내지 사고를 정확하게 특정지워 국소적으로 소화할 수 있도록 함에 본 발명의 특징이 있다.
도 5를 참조하면 본 발명에 있어서 편의상 배터리랙과 배터리 트레이, 배터리 트레이 시스템을 정의하여 사용하도록 하는데, 이는 실질적으로 판단하여야 하는 바, 타 기술문서등에서 다른 용어로 정의하여 사용한다 할지라도, 본 명세서와 비교시에는 배터리 모듈이 내부에 포함되어 하나의 랙을 이루어 수납되는 것을 배터리랙이라 해야 하며, 이러한 배터리랙이 다수개 모여 하나의 집단을 이루어 별도로 분리가능한 것을 배터리 트레이라 해야 하며, 더불어 이러한 배터리 트레이가 모여 하나의 클러스터를 이루는 것을 배터리 트레이 시스템이라 하여야 한다.
도 1 내지 3 및 6 내지 8을 참조하면 상기 랙별 소화장치(410)는 배터리 모듈(121)이 내부에 설치되는 배터리랙(120)을 소화하는 장치이되, 배터리랙(120) 외부케이스를 수직 관통하여 설치되는 미세 소화 배관(414); 상기 미세 소화 배관 말단에 부착되어 배터리모듈 내부에 소화약재를 분사하는 소화약제 분사 노즐(부호 미부여); 상기 미세 소화 배관(414)에 수평으로 배관 연결되되 배터리랙(120) 외부케이스 상부에 설치되는 배터리모듈 배관(413); 상기 배터리 시스템이 설치된 챔버와 구획된 공간에 설치된 소화약제 저장장치(411); 상기 소화약제 저장장치(411)로부터 배관연결되어 배터리 트레이마다 소화약제를 공급하는 공급 배관(부호 미부여); 상기 공급배관(부호 미부여)과 상기 배터리 모듈 배관(413)사이에 설치되어 소화약제 공급을 상기 제어부(300)의 제어명령에 따라 닫거나 열리는 솔레노이드 밸브(412)로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 소화약제 분사 노즐(부호 미부여)은 배터리랙 내부에 설치되는 배터리 모듈 상부를 관통하여 설치됨에 따라, 소화약재를 배터리모듈 내부에 분사하게 되어 즉효적인 화재진압효과를 가지게 한다.
도 1 내지 3을 참조하면 상기 트레이별 소화장치(450)는 배터리 트레이(110) 상부에 설치되어 배터리 트레이별로 소화하는 장치이되, 상기 배터리 시스템이 설치된 챔버와 구획된 공간에 설치된 소화약제 저장장치(451); 상기 소화약제 저장장치(451)와 배관 연결되어 배터리 트레이(110) 상부마다 분사할 수 있되, 상기 제어부(300)의 제어명령에 따라 특정 배터리 트레이에 분사하는 분사구(부호 미부여);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 소화약제 저장장치(411, 451)는 챔버내의 배터리 시스템이 설치되는 곳과 분리된 구획 영역에 설치될 수도 있고, 챔버 외부에 설치될 수도 있음이 바람직하다.
도 6 내지 8을 참조하면 상기 배터리모듈 배관(413)은 직경 6mm 내지 9mm인 것을 사용하되, 상기 배터리랙(120) 외부케이스 상부에 상기 미세 소화 배관(414)이 골고루 편재하도록 설치함이 바람직하다.
도 8을 참조하면 상기 미세 소화 배관(414)은 직경 2mm 내지 4mm인 것을 사용함이 바람직하다.
상기 소화약제 분사노즐(부호 미부여)의 헤드 직경은 2mm 내지 4mm인 것을 사용하되, 분사각도가 118도-122도인 분사구의 직경은 1mm 내지 2mm 인 것을 사용함이 바람직하다.
도 6 및 7을 참조하면 상기 공급배관(부호 미부여)은 직경 80mm 내지 120mm인 배관을 사용함이 바람직하다.
도 1, 3 및 9를 참조하면 상기 소화시스템은 상기 감시카메라부(500)를 챔버 외부에서 각도조절, 줌인 줌아웃 제어를 할 수 있는 카메라 조작부(510)를 더 포함하여 구성함이 바람직하다.
상기 카메라 조작부(510)는 조이스틱 형식으로 적용되어 제어할 수 있음이 바람직하다.
도 10을 참조하면 본 발명에 따른 소화시스템의 소화방법은
온도 센서(210)에 의해 랙별 온도 검출하고, 가스 검출 센서(220)에 의해 Off-Vent 가스 농도를 검출하는 온도 및 가스 농도 검출 단계(101S);
연기 검출 센서에 의해 연기를 검출하는 연기 검출 단계(102S);
불꽃 검출 센서에 의해 불꽃을 검출하는 불꽃 검출 단계(103S);
설정시간당 온도변화율이 20℃ 초과 및 Off-Vent 가스 농도가 설정기준치를 초과하는지 판별하되 판별조건 불만족 경우 상기 온도 및 가스 농도 검출단계로 되돌리는 온도 초과 및 가스 설정치 초과 판별 단계(200S);
연기 검출 농도가 설정기준치를 초과하는지를 판별하되 불만족 경우 상기 연기 검출단계로 되돌리는 연기 설정치 초과 판별 단계(310S);
불꽃이 검출 여부를 판별하되 불만족 경우 상기 불꽃 검출 단계로 되돌리는 불꽃 검출 판별 단계(420S);
상기 온도 초과 및 가스 설정치 초과 판별 단계에서 판별 조건 만족 경우 특정 랙에 화재 발생했음을 알리는 1단계 화재경보를 제어부와 외부의 단말기에 알리되, 연기 설정치 초과 판별 단계로 이동하는 1단계 화재경보 단계(300S);
1단계 화재경보에 따라 상기 특정 랙에 랙별 소화장치의 구동에 의해 소화약제를 분사하는 랙 소화약제 분사 단계(400S);
상기 연기 설정치 초과 판별 단계에서 판별 조건 만족 경우 특정 배터리 트레이에 화재 발생했음을 알리는 2단계 화재경보를 제어부와 외부의 단말기에 알리되, 불꽃 검출 판별 단계로 이동하는 2단계 화재경보 단계(410S);
2단계 화재경보에 따라 특정 배터리 트레이에 소화약제를 분사하는 트레이별 소화약제 분사 단계(510S);
상기 불꽃 검출 판별 단계에서 판별 조건 만족 경우 특정 배터리 트레이 시스템에 화재 발생했음을 알리는 3단계 화재경보를 제어부와 외부의 단말기에 알리는 3단계 화재 경보 단계(520S); 및
3단계 화재경보에 따라 특정 배터리 트레이 시스템에 소화약제를 분사하는 트레이 시스템 소화약제 분사 단계(620S);로 구성된다.
상기 온도 초과 및 가스 설정치 초과 판별 단계(200S)에서 판별 조건인 설정시간당 온도변화율이 20℃ 초과 조건은 시간인덱스(설정시간)를 좁게 설정할 수록 급격한 온도변화일 때 이를 판별할 수 있도록 하는 것에 유리하고, 시간인덱스를 넓게 설정할 수록 완만한 온도변화일때도 이를 판별할 수 있도록 함은 자명한바, 설정시간을 배터리 시스템마다 적절하게 조정하는 것이 바람직하다.
도 11의 리튬이온 배터리 열폭주 진행 시간에 대한 특성그래프를 분석하여 상기 소화시스템 및 그 소화방법에 도출된 것인바, 경우에 따라서는 상기 연기 설정치 초과 판별 단계(310S)와 상기 불꽃 검출 판별 단계(420S);가 하나의 단계로 합쳐지는 경우도 있을 수 있다.
이 경우는 그 이후 단계를 3단계 화재 경보 단계(520S)와 그 이후 단계를 트레이별 소화약제 분사단계(510S) 또는 트레이 시스템 소화약제 분사 단계(620S)중에서 선택되는 단계로 하여 설정될 수 있다.
도 8을 참조하면 상기 온도 센서(210)는 열전대 온도센서를 사용함이 바람직하다.
도 4를 참조하면 상기 연기 검출 센서(230)는 챔버 천장에 배터리 트레이(110)별로 설치될 수 있음이 바람직할 수 있다.
본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.
(1) 본 발명은 배터리 에너지 저장시스템(BESS; Battery Energy Storage System)에서 발생한 국소적인 배터리 모듈에서의 화재를 인근 배터리 모듈에 확산되는 것을 방지하여 건전 배터리를 보호하고, 화재가 대형화재로 번지지 않도록 단계적인 화재 소화 시스템 및 그 소화방법을 제공한다.
(2) 본 발명은 배터리 모듈이 포함되는 배터리랙 수준에서의 소화장치 및 그 소화방법과 배터리 랙 복수개가 모인 배터리 트레이 수준에서의 소화 장치 및 그 소화방법을 구분하여 제공한다.
(3) 본 발명은 배터리 소화시스템에 화재발생, 화재경보, 화재진압등의 전과정을 외부에서 사용자가 모니터링 하여 이를 제어할 수 있다.
(4) 본 발명은 국소적으로 발생한 화재를 해당 레벨에서 소화할 수 있도록 한바, 불필요하게 국소 영영을 훨씬 뛰어넘어 화재를 진압하지 않도록 하여 경제적 손실을 방지한다.
(5) 본 발명은 배터리랙에 설치가능하되 모듈화한 랙 소화장치를 제공하여 표준화된 랙 소화장치로서 대량생산이 가능하도록 하여 설치비용이 저감된다.
(6) 분사 노즐이 배터리 모듈 내부를 관통하여 설치됨에 따라, 소화약재를 배터리모듈 내부에 분사하게 되어 즉효적인 화재진압효과를 가지게 한다.
100 : 배터리 트레이 시스템 110 : 배터리 트레이
120 : 배터리랙 121 : 배터리모듈
190 : 랙 환풍구 200 : 센서부
210 : 온도 센서 220 : 가스 검출 센서
230 : 연기 검출 센서 240 : 불꽃 검출 센서
300 : 제어부 400 : 소화약제공급부
410 : 랙별 소화장치 411, 451 : 소화약제 저장장치
412 : 솔레노이드 밸브 413 : 배터리모듈 배관
414 : 미세 소화 배관 450 : 트레이별 소화장치
500 : 감시카메라부 510 : 카메라 조작부
600 : 디스플레이부 700 : 내부네트워크
800 : 통신망 900 : 단말기
101S : 온도 및 가스 농도 검출 단계;
102S : 연기 검출 단계;
103S : 불꽃 검출 단계;
200S : 온도 초과 및 가스 설정치 초과 판별 단계;
310S : 연기 설정치 초과 판별 단계;
420S : 불꽃 검출 판별 단계;
300S : 1단계 화재경보 단계;
400S : 랙 소화약제 분사 단계;
410S : 2단계 화재경보 단계;
510S : 트레이별 소화약제 분사 단계;
520S : 3단계 화재 경보 단계; 및
620S : 트레이 시스템 소화약제 분사 단계;

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 구획된 챔버내부에 설치되고, 배터리 모듈이 내부에 위치하는 배터리랙이 수직으로 복수개 구성되는 배터리트레이가 수평으로 복수개 연결된 배터리 트레이 시스템이 1이상 설치된 배터리 에너지 저장시스템에 설치되되,
    배터리랙 내부의 배터리 모듈 내부에 설치되는 온도 센서와 배터리랙 상부 랙환풍구에 설치되어 배터리랙 내부로부터 유출되는 가스를 검출하는 가스 검출 센서와 연기 검출 센서와 챔버 천장에 배터리 트레이별로 설치되는 불꽃 검출 센서로 구성된 센서부;
    랙별 소화장치와 트레이별 소화장치로 구성되는 소화약제공급부;
    상기 센서부로부터 센싱되는 데이터를 연산 처리하고, 상기 소화약제공급부에 소화 명령을 출력하여 제어하는 제어부;
    상기 챔버 내부에 화재 발생 및 화재 상태를 감시하는 감시카메라부;
    상기 제어부에 의해 연산 처리되는 각종 데이터와 현재 챔버 내부 상황을 촬상하여 보여주는 디스플레이부;
    상기 제어부와 유무선으로 연결되어 쌍방향 통신할 수 있는 내부네트워크;
    상기 내부네트워크를 외부의 단말기와 통신으로 쌍방향 연결하는 통신망; 및
    외부에서 챔버내부를 보거나, 사용자가 제어명령을 송출하여 상기 감시카메라부의 동작을 제어하거나 상기 소화약제공급부로 하여금 소화를 위한 제어를 하거나 화재경보 신호를 송출할 수 있는 단말기;로 구성된 배터리 에너지 저장시스템의 소화시스템에 있어서,
    상기 소화시스템의 소화방법은
    온도 센서에 의해 랙별 온도 검출하고, 가스 검출 센서에 의해 Off-Vent 가스 농도를 검출하는 온도 및 가스 농도 검출 단계;
    연기 검출 센서에 의해 연기를 검출하는 연기 검출 단계;
    불꽃 검출 센서에 의해 불꽃을 검출하는 불꽃 검출 단계;
    설정시간당 온도변화율이 20℃ 초과 및 Off-Vent 가스 농도가 설정기준치를 초과하는지 판별하되 판별조건 불만족 경우 상기 온도 및 가스 농도 검출단계로 되돌리는 온도 초과 및 가스 설정치 초과 판별 단계;
    연기 검출 농도가 설정기준치를 초과하는지를 판별하되 불만족 경우 상기 연기 검출단계로 되돌리는 연기 설정치 초과 판별 단계;
    불꽃이 검출 여부를 판별하되 불만족 경우 상기 불꽃 검출 단계로 되돌리는 불꽃 검출 판별 단계;
    상기 온도 초과 및 가스 설정치 초과 판별 단계에서 판별 조건 만족 경우 특정 랙에 화재 발생했음을 알리는 1단계 화재경보를 제어부와 외부의 단말기에 알리되, 연기 설정치 초과 판별 단계로 이동하는 1단계 화재경보 단계;
    1단계 화재경보에 따라 상기 특정 랙에 랙별 소화장치의 구동에 의해 소화약제를 분사하는 랙 소화약제 분사 단계;
    상기 연기 설정치 초과 판별 단계에서 판별 조건 만족 경우 특정 배터리 트레이에 화재 발생했음을 알리는 2단계 화재경보를 제어부와 외부의 단말기에 알리되, 불꽃 검출 판별 단계로 이동하는 2단계 화재경보 단계;
    2단계 화재경보에 따라 특정 배터리 트레이에 소화약제를 분사하는 트레이별 소화약제 분사 단계;
    상기 불꽃 검출 판별 단계에서 판별 조건 만족 경우 특정 배터리 트레이 시스템에 화재 발생했음을 알리는 3단계 화재경보를 제어부와 외부의 단말기에 알리는 3단계 화재 경보 단계; 및
    3단계 화재경보에 따라 특정 배터리 트레이 시스템에 소화약제를 분사하는 트레이 시스템 소화약제 분사 단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 에너지 저장시스템의 소화방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 랙별 소화장치는 배터리 모듈이 내부에 설치되는 배터리랙을 소화하는 장치이되,
    배터리랙 외부케이스를 수직 관통하여 설치되는 미세 소화 배관; 상기 미세 소화 배관 말단에 부착되어 배터리모듈 내부에 소화약재를 분사하는 소화약제 분사 노즐; 상기 미세 소화 배관에 수평으로 배관 연결되되 배터리랙 외부케이스 상부에 설치되는 배터리모듈 배관; 상기 배터리 에너지 저장시스템이 설치된 챔버와 구획된 공간에 설치된 소화약제 저장장치; 상기 소화약제 저장장치로부터 배관연결되어 배터리 트레이마다 소화약제를 공급하는 공급 배관; 상기 공급 배관과 상기 배터리 모듈 배관사이에 설치되어 소화약제 공급을 상기 제어부의 제어명령에 따라 닫거나 열리는 솔레노이드 밸브로 구성되며,
    상기 트레이별 소화장치는 배터리 트레이 상부에 설치되어 배터리 트레이별로 소화하는 장치이되,
    상기 배터리 에너지 저장시스템이 설치된 챔버와 구획된 공간에 설치된 소화약제 저장장치; 상기 소화약제 저장장치와 배관 연결되어 배터리 트레이 상부마다 분사할 수 있되, 상기 제어부의 제어명령에 따라 특정 배터리 트레이에 분사하는 분사구;를 포함하고,
    상기 온도 센서는 열전대 온도센서를 사용하는 것을 특징으로 하는 배터리 에너지 저장시스템의 소화방법.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 연기 검출 센서는 챔버 천장에 배터리 트레이별로 설치될 수 있음을 특징으로 하는 배터리 에너지 저장시스템의 소화방법.
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