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Li-ion Tamer

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화학적 ESS 화재 방지

 - 대응전략 및 개념도

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배터리 화재에 대한 대응전략 개념도

리튬이온 배터리 관련 화재가 자주 발생하여 원인을 파악하기 위한 광범위한 조사와 연구가 진행되고 있으며 관련 규정이 강화되고 있다.

2017년 미국의 NFPA 855에서는 ESS의 설치 기준을 제시 하였고, UL9540A에서는 리튬이온 전지의 열폭주 현상 (Thermal Runaway Fire Propagation)에 대한 시험기준을 강화였으며, 미국 방화협회에서도 2019년에 ESS에 대한 소화설비 기준을 신설할 예정이다. 

UL9540A에서 주목할 것은 Off-가스가 발생할 때의 셀 표면의 온도, 열폭주가 일어날 때의 셀 표면 온도, 발생하는 Off-가스의 종류 및 가스별 최저인화한계치(LFL)등의 문서화를 요구하고 있다는 것이다.

 

이는 Off-가스를 조기에 검출한 뒤, 배터리의 전원/부하측을 분리하여 전기​적 스트레스를 차단하면, 가연성 가스의 농축을 막아, 열폭주를 회피할 수 있고, 화재를 예방할 수 있다는 화재실험 결과와 매우 갚은 관계가 있음을 알 수 있다. 

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Off-가스 검출 센서 설치 예시도

Off-가스 검출에 의한 화재예방 솔루션은 2018년 상반기에 출시 되었는데, 미국의 Nexceris사가 미 해군과 계약에 의하여 개발하였고 DNV-GL에서 검증하였다. 

 

적용한 센서는 전해질 내 휘발성 유기화합물질에 반응하여 저항값이 떨어지도록 설계되어 있고, Vent 발생시 특정 가스의 변화율을 1 ~ 100 ppm 단위에서 검출하여 동작의 신뢰성을 확보하였다. 

DNV-GL은 미국 DOE의 지원을 받아 배터리 고장을 조기에 검출하고자 하는 목적으로 Off-가스 기술의 타당성을 검증하였다. 검증을 위해 다양한 제조사, 다양한 형태, 다양한 화학적 조성방식의 배터리를 대상으로 다양한 운전조건을 고려하여 Fire test를 수행하였다. 

그 결과 Off-가스 검출방법이 열폭주가 발생하기 이전에 평균 7 ~ 8분 정도 선행하여 정보를 제공할 수 있음을

실증하였다. 

Off-가스 센서는 랙별로 1개씩 설치되며, 통로에는 기준을 잡기위한 센서를 3개 설치하여 Off-가스 검출 에러를 줄이도록 하였다. (기존 ESS 및 신규 ESS에 쉽게 적용)

BMS나 PMS와 I/F하는 방법도 유용하지만, 기존의 시스템과는 독립적으로 설치하여 안전에 관현 Redundancy 시스템으로서 사용하는 방안​도 많은 관심을 받고 있다. 

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