화학적 ESS 화재 방지의 대응전략 및 개념도를 확인하실 수 있습니다.

ESS 화재방지

​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. 

Off-gas 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.