KR20230013423A - Fire Preventive and Diagnostic System for Battery - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 배터리의 이상 유무를 감지하여 화재를 예방하는 시스템에 대한 것으로서, 상세하게는 HFCT(High Frequency Current Transformer; 고주파 전류센서)와 UHF(Ultra High Frequency) 센서를 이용하여 배터리의 이상 유무를 감지하고 화재를 예방하는 시스템에 대한 것이다.The present invention relates to a system for preventing a fire by detecting an abnormality of a battery, and in detail, detects an abnormality of a battery using a HFCT (High Frequency Current Transformer; High Frequency Current Sensor) and a UHF (Ultra High Frequency) sensor and fire prevention systems.
최근 급격한 전력수요의 증가로 인해 신재생에너지 발전의 보급 및 배터리를 이용한 에너지 저장장치(ESS; Energy Storage System)의 개발이 요구되고 있다. ESS 는 대용량 전력 저장 장치로서, 과잉 생산된 전력을 배터리에 저장해 두었다가, 전력이 부족할 때 방전하는 장치다. ESS 를 사용할 경우 신규 발전 시설을 위한 투자비를 절감할 수 있고, 풍력에너지나 태양에너지와 같은 신재생 에너지와의 연계를 통한 에너지 생산 및 이용 효율을 극대화할 수 있다. Due to the recent rapid increase in power demand, there is a demand for the development of an energy storage system (ESS) using a new and renewable energy generation and a battery. An ESS is a large-capacity power storage device that stores excessively produced power in a battery and discharges it when power is insufficient. When using ESS, it is possible to reduce investment costs for new power generation facilities and maximize energy production and use efficiency through linkage with new and renewable energy such as wind energy and solar energy.
ESS 는 다수의 배터리, 전력변환장치(PCS; power conditioning system) 등으로 구성된다. 여기서 PCS 는 기본적으로 계통과 배터리 사이에서 직류전원과 교류전원의 양방향 전력 제어를 수행하며, 또한 전력계통의 신뢰도 향상, 전력 수요 피크 시 저장된 에너지의 신속한 공급 등의 기능을 수행한다. An ESS is composed of a plurality of batteries, a power conditioning system (PCS), and the like. Here, the PCS basically performs bi-directional power control of DC power and AC power between the system and the battery, and also performs functions such as improving the reliability of the power system and promptly supplying stored energy at peak power demand.
한편, 이와 같은 ESS 의 설치 사이트가 증가하면서 ESS 에 사용되는 배터리의 열화 또는 고장으로 인해 ESS 내부 온도가 상승하고 이로 인해 화재가 발생하는 사고가 점차 늘어나고 있다. 일단 화재가 발생하는 때에는 원상복구를 위해 큰 비용이 소요되고, 또한 ESS 가 연결된 전력 계통의 안정성에도 영향을 미칠 수 있는 문제점이 있다.Meanwhile, as the number of ESS installation sites increases, the internal temperature of the ESS rises due to deterioration or failure of a battery used in the ESS, and as a result, accidents in which a fire occurs are gradually increasing. Once a fire occurs, a large cost is required for restoration to the original state, and there is also a problem that may affect the stability of the power system to which the ESS is connected.
따라서, ESS 에 화재가 발생하기 전에 미리 이를 감지 및 예방할 수 있는 방안의 필요성이 커지고 있는 실정이다.Therefore, there is a growing need for a method capable of detecting and preventing a fire in advance before a fire occurs in the ESS.
본 발명의 목적은 HFCT 및 UHF 센서를 이용하여 다수의 배터리의 이상 유무를 조기에 감지할 수 있는 배터리 화재 예방 진단 시스템을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a battery fire prevention diagnosis system capable of early detecting the presence or absence of a plurality of batteries using HFCT and UHF sensors.
본 발명의 다른 목적은 HFCT 및 UHF 센서를 이용해 다수의 배터리의 이상 유무를 조기에 감지할 수 있어, 배터리 결함으로 인한 화재 사고를 예방할 수 있는 배터리 화재 예방 진단 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a battery fire prevention diagnosis system capable of preventing a fire accident due to a battery defect by detecting the presence or absence of a plurality of batteries at an early stage using HFCT and UHF sensors.
본 발명은 배터리 화재 예방 진단 시스템으로서, 배터리의 접지선 또는 양(+)극선 또는 음(-)극선 중 적어도 어느 하나에 설치된 HFCT(High Frequency Current Transformer) 센서, 상기 배터리의 내부 또는 외부에 설치되어 방사 전자파를 측정하는 UHF(Ultra High Frequency) 센서, 상기 HFCT 센서로부터 측정된 전류의 고주파 신호 및 및 상기 UHF 센서로부터 측정된 방사 전자파 신호를 수신하는 데이터 취득부, 운용 중인 사이트에 대한 사이트 노이즈 데이터와 결함 원인에 대한 결함 원인 데이터를 포함하는 노이즈/결함원인 DB(data base), 및 상기 데이터 취득부에서 취득한 고주파 신호 데이터와 방사 전자파 데이터 및 상기 노이즈/결함원인 DB의 사이트 노이즈 데이터와 결함 원인 데이터를 토대로 배터리의 이상 유무 및 결함 원인을 판별하는 진단부를 포함한다.The present invention is a battery fire prevention diagnosis system, which includes a high frequency current transformer (HFCT) sensor installed on at least one of a battery's ground wire, positive (+) pole wire, or negative (-) pole wire, installed inside or outside the battery to radiate A UHF (Ultra High Frequency) sensor that measures electromagnetic waves, a data acquisition unit that receives the high-frequency signal of the current measured from the HFCT sensor and the radiated electromagnetic wave signal measured from the UHF sensor, site noise data and defects for the site in operation Based on a noise/defect source DB (data base) containing defect cause data for the cause, and high-frequency signal data and radiated electromagnetic wave data acquired by the data acquisition unit, site noise data and defect cause data of the noise/defect source DB It includes a diagnosis unit that determines whether or not the battery is abnormal and the cause of the defect.
이때, 배터리는 다수의 배터리 셀(cell)로 이루어진 배터리 모듈(module)을 복수 개 구비하는 배터리 랙(Rack)일 수 있다.In this case, the battery may be a battery rack having a plurality of battery modules composed of a plurality of battery cells.
여기서, 진단부는 고주파 신호 데이터 및 방사 전자파 데이터를 사이트 노이즈 데이터와 비교하여 노이즈를 구분 및 제거할 수 있다.Here, the diagnosis unit may distinguish and remove noise by comparing the high frequency signal data and the radiated electromagnetic wave data with the site noise data.
또한, 진단부는 상기 노이즈를 구분 및 제거한 후, 신호 분석을 통해 펄스 크기, 빈도, 주파수, 펄스 시간차 중 적어도 어느 하나를 도출하여 상기 결함 원인 데이터와 비교해 이상 유무 및 결함 원인을 판별할 수 있다.In addition, after classifying and removing the noise, the diagnostic unit derives at least one of pulse size, frequency, frequency, and pulse time difference through signal analysis, and compares it with the defect cause data to determine whether there is an abnormality and the cause of the defect.
또한, 진단부는 상기 배터리에 이상이 있는 경우, 상기 펄스 시간차를 토대로 결함 위치의 추정을 더 수행하여 이상이 있는 배터리 모듈 혹은 배터리 셀을 추정할 수 있다.In addition, when there is a problem with the battery, the diagnosis unit may estimate a battery module or battery cell with a problem by further estimating a defect location based on the pulse time difference.
또한, 진단부는 상기 HFCT 센서와 상기 UHF 센서로부터 모두 신호가 측정되는 경우, 이를 바로 결함신호로 판단하여 노이즈 제거 없이 바로 신호 추출 및 분석을 수행할 수 있다.In addition, when signals are measured from both the HFCT sensor and the UHF sensor, the diagnostic unit determines that the signal is a defect signal and directly extracts and analyzes the signal without removing noise.
한편, 상기 노이즈/결함원인 DB의 사이트 노이즈 데이터는 현재 운용 중인 사이트의 현장 노이즈(noise)를 측정하여 구축될 수 있고, 상기 결함 원인 데이터는 배터리의 임의 결함을 모의하고 내부 이상 상태를 확인하여 결함 원인에 대해 구축하는 방식으로 얻을 수 있다.On the other hand, the site noise data of the noise/defect source DB can be constructed by measuring the field noise of the site currently in operation, and the defect cause data simulates a random defect of the battery and checks the internal abnormal state to determine the defect. You can get it by building on the cause.
이때, HFCT 센서는 클램프 형식으로 설치될 수 있다.At this time, the HFCT sensor may be installed in a clamp type.
한편, 상기 배터리는 ESS(Energy Storage System)에 구비되는 것일 수 있다.Meanwhile, the battery may be provided in an energy storage system (ESS).
또한, 상기 UHF 센서는 배터리 랙(Rack)의 내부나 외부, 또는 배터리 모듈의 내부에 설치될 수 있다.In addition, the UHF sensor may be installed inside or outside a battery rack or inside a battery module.
본 발명에 의한 배터리 화재 예방 진단 시스템은 고주파 전류센서(HFCT; High Frequency Current Transformer) 및 UHF 센서를 이용하여 다수의 배터리의 이상 유무를 조기에 감지할 수 있는 장점이 있다. The battery fire prevention diagnosis system according to the present invention has the advantage of being able to detect abnormality of a plurality of batteries at an early stage using a high frequency current transformer (HFCT) and a UHF sensor.
또한, 본 발명에 의한 배터리 화재 예방 진단 시스템은 HFCT 및 UHF 센서를 이용해 다수의 배터리의 이상 유무를 조기에 감지할 수 있어, 배터리 결함으로 인한 화재 사고를 예방할 수 있는 장점이 있다. In addition, the battery fire prevention diagnosis system according to the present invention can detect the presence or absence of abnormalities in a plurality of batteries at an early stage using HFCT and UHF sensors, and has the advantage of preventing fire accidents due to battery defects.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 화재 예방 진단 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 화재 예방 진단 시스템의 동작 흐름도이다.1 is a configuration diagram showing a battery fire prevention diagnosis system according to an embodiment of the present invention.
2 is an operation flowchart of a battery fire prevention diagnosis system according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시를 위한 구체적인 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다. Specific embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 의도는 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해될 수 있다. Since the present invention can make various changes and have various embodiments, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. This is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and it can be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 배터리 화재 예방 진단 시스템에 대해 상세히 설명한다. Hereinafter, a battery fire prevention diagnosis system according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
먼저, ESS(Energy Storage System)에서의 화재 원인 및 화재가 발생하는 과정에 대해 설명한다. First, the cause of a fire in an ESS (Energy Storage System) and the process by which a fire occurs will be described.
ESS 화재의 원인으로는 크게 다음과 같은 유형으로 구분할 수 있다. 즉, 배터리 시스템의 결함, 전기충격에 대한 보호체계 미흡, 운용환경 관리 미흡과 설치 부주의, 및 설치 및 운용관리 소홀 등이다.The causes of ESS fires can be largely classified into the following types. That is, defects in the battery system, insufficient protection system against electric shock, insufficient operating environment management, negligence in installation, and negligence in installation and operation management.
배터리 시스템의 결함은 지속적 전기적 충격(단락, 지락), 배터리 자체 보호기능 미동작 등이 해당되며, 전기충격에 대한 보호체계 미흡은 PCS의 IGBT 단락 등 외부 단락 발생, 배터리 과방전/과전류 발생 등을 들 수 있다.Defects in the battery system include continuous electric shock (short circuit, ground fault) and failure of the battery's self-protection function. can be heard
또한, 운용환경 관리 미흡과 설치 부주의는 배터리 만충전 후 추가 충전 진행, 배터리 셀 전압 상승 또는 음극 과전압 인가 등이 이에 해당할 수 있고, 설치 및 운용관리 소홀은 설치 과정에서의 셀 충격/오결선, 절연저항 감소 등을 들 수 있다.In addition, insufficient operating environment management and careless installation may include additional charging after the battery is fully charged, increasing the battery cell voltage or applying overvoltage to the negative electrode, etc. reduction of insulation resistance, etc.
이상과 같은 원인들로 인해, ESS 의 운용 기간이 길어 질수록 ESS 에 구비된 배터리에서는 배터리 셀의 결함이 누적되고 이로 인해 셀 스웰링(swelling) 현상, 즉 배터리가 부풀어 오르는 현상이 나타나게 된다. Due to the above reasons, as the operating period of the ESS increases, defects in the battery cells accumulate in the battery provided in the ESS, resulting in a cell swelling phenomenon, that is, a phenomenon in which the battery swells.
이 상태에서는 배터리 스택(stack) 의 변형 및 분리막 부분적 파열 현상이 발생하게 되고, 또한 배터리 셀(cell) 내부에 미세 단락(short)이 발생하게 되는데, 이로 인해 배터리 내부 방전이 일어나게 된다.In this state, deformation of the battery stack and partial rupture of the separator occur, and a minute short circuit occurs inside the battery cell, which causes internal discharge of the battery.
배터리 내부 방전은 전극 사이의 절연물이나 분리막의 부분적 파열, 배터리 셀(cell) 내부의 미세 단락(short) 시 발생하는 방전 현상으로서, 고주파 전류, 전자파, 빛, 소리, 가스, 열 등을 수반하게 된다.Battery internal discharge is a discharge phenomenon that occurs when an insulator or separator between electrodes is partially ruptured or a minute short circuit occurs inside a battery cell. It is accompanied by high-frequency current, electromagnetic waves, light, sound, gas, heat, etc. .
이후, 배터리의 열화가 계속 진행되게 되면, 배터리 셀 변형(cell deforming) 및 가스방출(degassing) 현상이 나타나게 되는데, 현재는 이에 대한 보호장치를 설치하여 배터리 이상 상황 발생 시 전원을 차단하거나, 벤트(Vent)를 설치하여 벤트홀을 통해 발생 가스를 방출하도록 하고 있다.After that, when the deterioration of the battery continues, battery cell deforming and degassing phenomena appear. Currently, a protection device is installed to cut off power or vent ( Vent) is installed to release the generated gas through the vent hole.
그러나, 보호장치 및 벤트의 동작 후에도 지속적인 결함 진전 시에는, 배터리 셀(cell)이 저항으로 변질되어 타 셀(cell)의 전압이 인가되게 되고, 결국 저항열로 인한 내부 단락이 지속되어 열 폭주로 인한 화재 발생을 야기한다.However, if the fault continues to develop even after the protection device and the vent operate, the battery cell is transformed into a resistance and the voltage of another cell is applied, and eventually the internal short circuit due to the resistance heat continues, resulting in thermal runaway. cause a fire to occur.
한편, 이상과 같은 ESS 화재 발생의 각 진행 과정에서 배터리 내부 방전은 계속 발생하게 되는데, 초기에는 간헐적으로 발생하나 점차 결함이 진전되어 갈수록 방전 수가 증가하게 된다.On the other hand, internal discharge of the battery continues to occur in each progress of the ESS fire occurrence as described above. Although it occurs intermittently in the beginning, the number of discharges increases as the defect gradually develops.
ESS 에서의 화재 발생을 사전에 효과적으로 예방하기 위해서는, 전기안전대책, 감시, 보호 및 소호 등의 화재안전 대책 외에 화재 발생메커니즘 중 조기/사전 단계인 “배터리 내부 스택(stack)의 변형, 분리막의 부분적 파열, 배터리 셀 내부 미세단락 발생” 과정에서 배터리 내부 이상에 대한 사전 검출이 필요하다.In order to effectively prevent fire occurrence in the ESS in advance, in addition to fire safety measures such as electrical safety measures, monitoring, protection, and extinguishing fire, early/preliminary fire occurrence mechanisms such as “deformation of the battery internal stack, partial separation of the separator” It is necessary to detect abnormalities inside the battery in advance in the process of “rupture, micro-short circuit inside the battery cell”.
ESS 화재 발생 메커니즘은 5단계(셀 내부 결함 -> 셀 스웰링 -> 보호장치 동작 -> 벤트홀 개방 -> 화재)로 진행되며, 화재 발생 시에 측정 가능한 요소는 배터리 내부 방전, 온도 및 오프 가스(OFF Gas)이다. The ESS fire occurrence mechanism proceeds in 5 steps (cell internal defect -> cell swelling -> protection device operation -> vent hole opening -> fire), and the measurable factors in the event of a fire are battery internal discharge, temperature, and off-gas (OFF Gas).
이 중에서, 내부 방전의 경우 각 단계에서 고주파 성분의 전류가 검출되는 반면, 온도의 경우 과충전과 같은 이상이 배터리 내부에서 발생할 경우 온도상승 없이 셀 스웰링 후 보호장치가 동작하여 화재 예방 요소로 부적합하다. 또한, 오프 가스(OFF Gas) 감시장치는 배터리 내부에 결함에 의해 발생하는 가스를 검출하는 것으로, 이는 벤트홀 개방시에만 동작하여 화재 사전 예방으로 적용하기 어려운 단점이 있다.Among them, in the case of internal discharge, the high-frequency component current is detected at each stage, whereas in the case of temperature, if an abnormality such as overcharging occurs inside the battery, the protective device operates after cell swelling without temperature rise, making it unsuitable as a fire prevention element. . In addition, the OFF gas monitoring device detects gas generated by a defect inside the battery, which operates only when the vent hole is opened, and thus has a disadvantage in that it is difficult to apply for fire prevention.
따라서, 본 발명은 배터리 자체에 물리적 변형 및 운영 환경적 영향을 주지 않는 HFCT 및 UHF 센서를 통해 배터리 내부 방전을 측정하고, ESS 화재 발생의 과정 중에서 “셀 스웰링(cell swelling) 이후 보호장치 동작 전”의 배터리 셀 내부 방전 신호를 검출함으로써, 화재 발생을 사전에 예방하는 것을 특징으로 한다.Therefore, the present invention measures the internal discharge of the battery through HFCT and UHF sensors that do not affect the physical deformation and operating environment of the battery itself, and in the process of ESS fire occurrence, “after cell swelling and before the protection device operates It is characterized in that the occurrence of fire is prevented in advance by detecting the internal discharge signal of the battery cell of ”.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 자세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 화재 예방 진단 시스템을 나타낸 구성도이다.1 is a configuration diagram showing a battery fire prevention diagnosis system according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 화재 예방 진단 시스템은, 배터리(100)의 접지선 또는 양(+)극선 또는 음(-)극선에 클램프 형식으로 연결된 HFCT 센서(200), 배터리(100)의 내부 또는 외부에 설치되어 방사 전자파를 측정하는 UHF 센서(250), HFCT 센서(200)로부터 측정된 전류의 고주파 신호 및 UHF 센서(250)로부터 측정된 방사 전자파 신호를 수신하는 데이터 취득부(300), 운용 중인 사이트에 대한 사이트 노이즈 데이터와 결함 원인에 대한 결함 원인 데이터를 포함하는 노이즈/결함원인 DB(data base)(400), 및 데이터 취득부(300)에서 취득된 고주파 신호 데이터와 방사 전자파 데이터 및 노이즈/결함원인 DB(400)의 사이트 노이즈 데이터와 결함 원인 데이터를 토대로 배터리의 이상 유무 및 결함 원인을 판별하는 진단부(500)로 이루어진다.Referring to FIG. 1, the battery fire prevention diagnosis system according to an embodiment of the present invention includes an
여기서, 배터리(100)는 다수의 배터리 셀(cell)로 이루어진 것으로서, 이에 대해 자세히 설명하면 배터리 셀(cell)은 하나의 배터리를 의미하며, 이러한 배터리 셀이 여러 개 모여 배터리 모듈(module)을 이루게 되고, 복수의 배터리 모듈이 모여 배터리 랙(Rack)을 구성하게 된다.Here, the
본 발명은 도 1에서와 같이 배터리 랙(Rack)에 대해 HFCT 센서(200)를 사용하여 다수의 배터리 셀에 대해 동시에 측정할 수 있으며, 또한 배터리 랙(Rack)의 내부나 외부, 또는 배터리 모듈 내부에 UHF 센서(250)를 설치하여 다수의 배터리 셀에 대해 동시에 측정할 수 있는 장점이 있다.As shown in FIG. 1, the present invention can simultaneously measure a plurality of battery cells using the
도 1에서는 배터리(100)의 일예로서, 다수의 배터리 셀로 이루어진 배터리 모듈을 복수 개 구비하는 배터리 랙(Rack)을 예시하고 있으나, 이는 하나의 예시 일 뿐이며 구현예에 따라서는 배터리 셀이나 배터리 모듈의 개수를 필요에 따라 다양하게 변경 적용할 수 있다.In FIG. 1, as an example of the
HFCT 센서(200)는 배터리 내부 분리막의 부분적 파열이나, 배터리 셀(Cell) 내부의 미세 단락(short) 시 흐르는 고주파 전류를 측정하는 센서이다. The
HFCT 센서(200)를 이용하게 되면, 배터리 내부 결함에 의한 절연 내부의 방전 현상을 측정할 수 있으며 이를 통해 열화 정도를 효과적으로 진단할 수 있다. 다만, HFCT 센서(200)는 측정 감도가 높은 반면, 노이즈(noise)의 영향을 크게 받는 특성이 있어 측정된 신호에 대해 노이즈를 구분 또는 제거해 줄 필요가 있다.When the
한편, UHF 센서(250)는 배터리 내부 분리막의 부분적 파열이나, 배터리 셀(Cell) 내부의 미세 단락(short) 시 발생하는 배터리 내부 방전에 의한 방사 전자파를 측정하는 센서이다. On the other hand, the
UHF 센서(250)를 이용하게 되면, 배터리 내부 결함에 의한 방전 현상을 측정할 수 있으며 이를 통해 열화 정도를 효과적으로 진단할 수 있다. 특히, UHF 센서(250)는 HFCT(고주파 전류센서; High Frequency Current Transformer) 보다 감도는 낮으나, 노이즈의 영향이 적으며 결함신호만 측정 가능하여, UHF 센서에서 신호가 측정된 경우 실제 결함신호라고 볼 수 있는 신뢰성이 높다.When the
본 발명에서, 노이즈/결함원인 DB(data base)(400)의 사이트 노이즈 데이터는 현재 운용 중인 사이트의 현장 노이즈(noise)를 측정하여 구축될 수 있고, 결함 원인 데이터는 배터리의 임의 결함을 모의하고 내부 이상 상태 등을 확인해 결함 원인에 대해 구축하는 방식으로 얻을 수 있다.In the present invention, the site noise data of the noise/defect source DB (data base) 400 can be constructed by measuring the field noise of the site currently in operation, and the defect cause data simulates a random defect of the battery and It can be obtained by checking the internal abnormal state, etc., and constructing the cause of the defect.
진단부(500)는 데이터 취득부(300)에서 취득한 고주파 신호 데이터 및 방사 전자파 데이터를 토대로 배터리(100)의 이상 유무 및 결함 원인을 진단하고 그 결과를 상위의 관제시스템으로 송신한다.The
이를 위해, 진단부(500)는 먼저 노이즈/결함원인 DB(400)에 저장된 현장 사이트의 사이트 노이즈 데이터, 및 상기 고주파 신호 데이터와 방사 전자파 데이터를 비교하여 노이즈를 구분 및 제거한다. To this end, the
이후, 진단부(500)는 신호 분석을 통해 펄스 크기, 빈도, 주파수, 펄스 시간차 등을 분석하고, 이를 노이즈/결함원인 DB(400)에 저장된 결함 원인 데이터와 비교하여 이상 유무 및 결함 원인을 판별한다. 또한, 배터리(100)에 이상이 있는 경우에는 펄스가 도달하는 시간차 즉, 펄스 시간차를 이용해 결함 위치의 추정을 수행하여 이상이 있는 배터리 모듈 혹은 배터리 셀을 추정한다.Thereafter, the
구현예에 따라서는, 상기의 노이즈/결함원인 DB(400)의 결함 원인 데이터를 얻기 위해 배터리의 임의 결함을 모의하고 내부 이상 상태 등을 확인하는 것은, 내부 결함에 의한 과열 및 과충전 등에 의해 배터리 셀 스웰링(swelling)을 모사하고 보호장치의 동작 전에 내부 방전 신호를 측정 및 분석하는 방식으로 이루어질 수 있다.Depending on the implementation, in order to obtain the defect cause data of the
다음, 본 발명에 의한 배터리 화재 예방 진단 시스템의 동작을 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 화재 예방 진단 시스템의 동작 흐름도이다.Next, the operation of the battery fire prevention diagnosis system according to the present invention will be described with reference to FIG. 2 . 2 is an operation flowchart of a battery fire prevention diagnosis system according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 배터리 화재 예방 진단 시스템은, 먼저 HFCT 센서(200)를 통해 배터리(100)의 고주파 전류 신호를 측정하고, UHF 센서(250)를 통해 배터리(100)의 방사 전자파를 측정한다(S100). 본 발명은 배터리 랙(Rack)에 대해 HFCT 센서(200)를 사용할 수 있으므로 다수의 배터리 셀에 대해 동시에 측정 가능하며, 또한 배터리 랙(Rack)의 내부나 외부, 또는 배터리 모듈 내부에 UHF 센서(250)를 설치하여 다수의 배터리 셀에 대해 동시 측정이 가능하다.The battery fire prevention diagnosis system of the present invention first measures the high-frequency current signal of the
이후, 측정된 고주파 전류 신호 및 방사 전자파 신호를 노이즈/결함원인 DB(400)에 저장된 사이트 노이즈 데이터와 비교하여 노이즈를 구분 및 제거한다(S200). 여기서, 사이트 노이즈 데이터는 현재 운용 중인 사이트의 현장 노이즈(noise)를 측정하여 구축될 수 있다. Thereafter, the measured high-frequency current signal and the radiated electromagnetic wave signal are compared with site noise data stored in the
HFCT 센서(200)는 앞서 설명한 바와 같이 측정 감도가 높은 반면, 노이즈(noise)의 영향을 크게 받는 특성이 있으므로, 본 단계에서 HFCT 센서(200)의 측정 신호에 대해 노이즈를 제거한다. 한편, UHF 센서(250)는 HFCT 센서 보다 감도는 낮으나, 노이즈의 영향이 적으며 결함신호만 측정 가능하여, UHF 센서(250)에서 신호가 측정된 경우 실제 결함신호라고 볼 수 있는 신뢰성이 높다.While the
그리고, 신호를 추출 및 분석하여 펄스 크기, 빈도, 주파수, 펄스 시간차 등을 도출한다(S300).Then, the signal is extracted and analyzed to derive pulse size, frequency, frequency, pulse time difference, etc. (S300).
도출된 펄스 크기, 빈도, 주파수, 펄스 시간차 등을 노이즈/결함원인 DB(400)에 저장된 결함 원인 데이터와 비교하여 이상 유무 및 결함 원인을 판별하고, 이상이 있는 경우 펄스가 도달하는 시간차 즉, 펄스 시간차를 이용해 결함 위치의 추정을 수행하여 이상이 있는 배터리 모듈 혹은 배터리 셀을 추정한다(S400). The derived pulse size, frequency, frequency, pulse time difference, etc. are compared with the defect cause data stored in the noise/fault source DB (400) to determine the existence of an error and the cause of the defect, and if there is an error, the time difference that the pulse arrives, that is, the pulse The defect location is estimated using the time difference to estimate a battery module or battery cell with an abnormality (S400).
여기서, 결함 원인 데이터는 배터리의 임의 결함을 모의하고 내부 이상 상태 등을 확인하여 결함 원인에 대해 구축하는 방식으로 얻을 수 있으며, 구현예에 따라서는 내부 결함에 의한 과열 및 과충전 등에 의해 배터리 셀 스웰링(swelling)을 모사하고 보호장치의 동작 전에 내부 방전 신호를 측정 및 분석하는 방식으로 이루어질 수 있다.Here, the defect cause data can be obtained by simulating a random defect of the battery, checking an internal abnormal state, etc., and building the cause of the defect. Depending on the implementation, battery cell swelling due to overheating and overcharging due to internal defects (swelling) can be simulated and the internal discharge signal measured and analyzed prior to operation of the protective device.
상술한 바와 같이, 본 발명은 배터리 랙(Rack)에 대해 HFCT 센서와 UHF 센서를 사용하므로 다수의 배터리 셀에 대해 동시에 측정 가능하며, 또한 배터리의 이상 유무 및 결함 원인 뿐만 아니라 펄스 시간차를 이용해 이상이 있는 배터리 모듈 혹은 배터리 셀의 위치 추정이 가능한 장점이 있다.As described above, since the present invention uses the HFCT sensor and the UHF sensor for the battery rack, it is possible to simultaneously measure a number of battery cells, and also detects abnormalities by using the pulse time difference as well as the presence or absence of defects and causes of defects in the battery. There is an advantage of being able to estimate the location of a battery module or battery cell.
한편, 다른 구현예로서, UHF 센서의 경우 노이즈의 영향이 적으며 결함신호만 측정 가능하여 신호가 측정된 경우 신뢰성이 높다는 특성을 이용해 본 발명에서의 노이즈 제거 단계를 생략하는 것도 가능하다. On the other hand, as another embodiment, in the case of the UHF sensor, it is possible to omit the noise removal step in the present invention by using the characteristic that the effect of noise is small and only the defect signal can be measured, so that the reliability is high when the signal is measured.
즉, HFCT 센서와 UHF 센서에서 모두 신호가 측정되는 경우, UHF 센서의 높은 신뢰성을 감안하여 이를 바로 결함신호로 판단하고, 노이즈 제거 단계 없이 바로 신호 추출 및 분석을 수행하도록 구현할 수 있다. 이러한 경우, 배터리의 이상 유무에 대한 진단 정확성을 유지하면서도 진단 속도를 높일 수 있는 장점이 있다.That is, when signals are measured by both the HFCT sensor and the UHF sensor, considering the high reliability of the UHF sensor, it can be directly determined as a defect signal, and signal extraction and analysis can be performed directly without a noise removal step. In this case, there is an advantage in that the diagnosis speed can be increased while maintaining the accuracy of diagnosis on whether or not the battery is abnormal.
본 실시예에서는 ESS 에 구비된 배터리를 예시로 하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며 다수의 배터리 셀을 포함하는 배터리를 구비한 장치 또는 설비라면 적용 가능하다. In the present embodiment, the battery provided in the ESS has been described as an example, but the present invention is not limited thereto and can be applied to any device or facility equipped with a battery including a plurality of battery cells.
이상과 같이 본 발명에 따른 배터리 화재 예방 진단 시스템은 고주파 전류센서(HFCT; High Frequency Current Transformer)와 UHF 센서를 이용하여 다수의 배터리의 이상 유무를 조기에 감지할 수 있으며, 이를 통해 배터리 결함으로 인한 화재 사고를 예방할 수 있다.As described above, the battery fire prevention diagnosis system according to the present invention can detect abnormality of a plurality of batteries at an early stage using a high frequency current transformer (HFCT) and a UHF sensor, and through this, Fire accidents can be prevented.
상술한 것은 하나 이상의 실시예의 실례를 포함한다. 물론, 상술한 실시예들을 설명할 목적으로 컴포넌트들 또는 방법들의 가능한 모든 조합을 기술할 수 있는 것이 아니라, 당업자들은 다양한 실시예의 많은 추가 조합 및 치환할 수 있음을 인식할 수 있다. 따라서 설명한 실시예들은 첨부된 청구범위의 진의 및 범위 내에 있는 모든 대안, 변형 및 개조를 포함하는 것이다. What has been described above includes examples of one or more embodiments. Of course, it is not possible to describe every possible combination of components or methods for purposes of describing the above embodiments, but those skilled in the art will recognize that many additional combinations and permutations of various embodiments are possible. Accordingly, the described embodiments are intended to cover all alternatives, modifications and adaptations falling within the spirit and scope of the appended claims.
Claims (10)
상기 배터리의 내부 또는 외부에 설치되어 방사 전자파를 측정하는 UHF(Ultra High Frequency) 센서;
상기 HFCT 센서로부터 측정된 전류의 고주파 신호 및 및 상기 UHF 센서로부터 측정된 방사 전자파 신호를 수신하는 데이터 취득부;
운용 중인 사이트에 대한 사이트 노이즈 데이터와 결함 원인에 대한 결함 원인 데이터를 포함하는 노이즈/결함원인 DB(data base); 및
상기 데이터 취득부에서 취득한 고주파 신호 데이터와 방사 전자파 데이터, 및 상기 노이즈/결함원인 DB의 사이트 노이즈 데이터와 결함 원인 데이터를 토대로 배터리의 이상 유무 및 결함 원인을 판별하는 진단부;를 포함하는 배터리 화재 예방 진단 시스템.
A high frequency current transformer (HFCT) sensor installed on at least one of the battery's ground wire, positive (+) pole or negative (-) pole;
a UHF (Ultra High Frequency) sensor installed inside or outside the battery to measure radiated electromagnetic waves;
a data acquisition unit receiving a high frequency signal of the current measured from the HFCT sensor and a radiated electromagnetic wave signal measured from the UHF sensor;
A noise/defect source DB (data base) including site noise data for sites in operation and defect cause data for defect causes; and
A diagnosis unit for determining whether or not there is an abnormality in the battery and a cause of the defect based on the high-frequency signal data and the radiated electromagnetic wave data acquired by the data acquisition unit, and the site noise data and defect cause data of the noise/defect cause DB. diagnostic system.
상기 배터리는,
다수의 배터리 셀(cell)로 이루어진 배터리 모듈(module)을 복수 개 구비하는 배터리 랙(Rack)인 것을 특징으로 하는 배터리 화재 예방 진단 시스템.
According to claim 1,
the battery,
Battery fire prevention diagnosis system, characterized in that the battery rack (Rack) having a plurality of battery modules (module) consisting of a plurality of battery cells (cell).
상기 진단부는,
상기 고주파 신호 데이터 및 상기 방사 전자파 데이터를 상기 사이트 노이즈 데이터와 비교하여 노이즈를 구분 및 제거하는 것을 특징으로 하는 배터리 화재 예방 진단 시스템.
According to claim 1,
The diagnosis unit,
The battery fire prevention diagnosis system, characterized in that for distinguishing and removing noise by comparing the high-frequency signal data and the radiated electromagnetic wave data with the site noise data.
상기 진단부는,
상기 노이즈를 구분 및 제거한 후, 신호 분석을 통해 펄스 크기, 빈도, 주파수, 펄스 시간차 중 적어도 어느 하나를 도출하여 상기 결함 원인 데이터와 비교해 이상 유무 및 결함 원인을 판별하는 것을 특징으로 하는 배터리 화재 예방 진단 시스템.
According to claim 3,
The diagnosis unit,
After classifying and removing the noise, at least one of the pulse size, frequency, frequency, and pulse time difference is derived through signal analysis and compared with the defect cause data to determine the existence of an abnormality and the cause of the defect. system.
상기 진단부는,
상기 배터리에 이상이 있는 경우, 상기 펄스 시간차를 토대로 결함 위치의 추정을 더 수행하여 이상이 있는 배터리 모듈 혹은 배터리 셀을 추정하는 것을 특징으로 하는 배터리 화재 예방 진단 시스템.
According to claim 4,
The diagnosis unit,
The battery fire prevention diagnosis system, characterized in that, if there is a problem with the battery, a battery module or battery cell with a problem is estimated by further estimating a defect location based on the pulse time difference.
상기 진단부는,
상기 HFCT 센서와 상기 UHF 센서로부터 모두 신호가 측정되는 경우, 이를 바로 결함신호로 판단하여 노이즈 제거 없이 바로 신호 추출 및 분석을 수행하는 것을 특징으로 하는 배터리 화재 예방 진단 시스템.
According to claim 1,
The diagnosis unit,
Battery fire prevention diagnosis system, characterized in that when signals are measured from both the HFCT sensor and the UHF sensor, it is immediately determined as a defect signal and signal extraction and analysis are performed directly without removing noise.
상기 노이즈/결함원인 DB의 사이트 노이즈 데이터는 현재 운용 중인 사이트의 현장 노이즈(noise)를 측정하여 구축되고,
상기 결함 원인 데이터는 배터리의 임의 결함을 모의하고 내부 이상 상태를 확인해 결함 원인에 대해 구축하는 방식으로 얻는 것을 특징으로 하는 배터리 화재 예방 진단 시스템.
According to claim 1,
The site noise data of the noise/fault source DB is constructed by measuring the field noise of the currently operating site,
The battery fire prevention diagnosis system, characterized in that the fault cause data is obtained by simulating any fault of the battery and checking the internal abnormal state to establish the cause of the fault.
상기 HFCT 센서는 클램프 형식으로 설치되는 것을 특징으로 하는 배터리 화재 예방 진단 시스템.
According to claim 1,
The battery fire prevention diagnosis system, characterized in that the HFCT sensor is installed in a clamp type.
상기 배터리는 ESS(Energy Storage System)에 구비되는 것임을 특징으로 하는 배터리 화재 예방 진단 시스템.
According to claim 1,
The battery fire prevention diagnosis system, characterized in that the battery is provided in an ESS (Energy Storage System).
상기 UHF 센서는 상기 배터리 랙(Rack)의 내부나 외부, 또는 상기 배터리 모듈의 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 배터리 화재 예방 진단 시스템.According to claim 2,
The battery fire prevention diagnosis system, characterized in that the UHF sensor is installed inside or outside the battery rack, or inside the battery module.
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