ESS 화재 원천차단, 전력시장에도 BTS 뜬다

LS일렉트릭, 과열 시 설비 가동 중단하는 솔루션 개발

▲LS일렉트릭이 ESS 화재 예방 BTS(Battery Temperature Sensing) 기술을 공개하고 시장 확대에 나섰다. LS일렉트릭 청주스마트공장 ESS스테이션에 BTS가 적용됐다. (사진제공=LS일렉트릭)

ESS(에너지저장장치) 화재의 원인 중 하나인 배터리 과열 현상을 원천적으로 예방할 수 있는 솔루션이 나왔다.

LS일렉트릭은 광(光) 기술을 활용, 배터리 셀(Cell) 단위까지 실시간으로 온도를 측정하고 일정 수준 이상 과열될 경우 ESS 가동을 중단시키는 BTS(Battery Temperature Sensing)를 개발했다고 28일 밝혔다.

일반적으로 ESS 배터리 제조사도 온도 정보를 제공하고 있지만, 온도 외에도 다양한 배터리 정보를 통합 운용하기 때문에 세부적인 온도 정보만을 활용하기에는 어려움이 있었다.

특히 완성품 단계인 랙(Rack) 수준에서 온도 측정이 이뤄져 왔고 최근엔 세분화된 모듈 단계까지 확대되는 추세이긴 하나 일정 온도 이상 넘어서면 랙과 모듈 손상이 불가피하다. 또 과열 원인을 더 명확히 파악하는 데는 한계가 있었다.

LS일렉트릭이 개발한 BTS는 모듈을 구성하는 셀 단위 온도측정을 위해 전기ㆍ전자 기기에 간섭이 발생하지 않도록 특수 설계된 광섬유를 삽입, 30㎝ 간격의 연속적인 온도를 측정해 과열 구간을 보다 정밀하고 빠르게 모니터링 할 수 있다.

ESS 화재 관련 일련의 연구에 따르면 리튬이온 배터리는 대체로 40도를 기점으로 성능에 문제가 생기기 시작해 60도를 넘어서면 ‘부풀어 오름’ 단계로, 150도 이상부터 ‘가스가 발생’(Off-gas)하며 이 상태가 30분 이상 지속할 경우 ‘발화’한다.

배터리는 부풀어 오름 단계에 진입하면 이미 기계적 손상으로 인해 재사용이 불가능해 화재가 발생하지 않더라도 교체가 불가피하다.

▲LS일렉트릭이 개발한 BTS 온도 모니터링 시스템은 ESS 화재를 원천적으로 방지할 수 있다. (사진제공=LS일렉트릭)

LS일렉트릭의 BTS는 배터리가 정상적으로 작동하는 최적의 설정 온도(실온 25도)를 기준으로 모니터링을 시작하고 이상 징후를 보이는 40도 직전부터 ‘알람’, ‘위험’ 경고를 한 뒤 운영시스템 강제 정지시켜 과열로 인한 화재는 물론 배터리 모듈 및 셀 손상도 예방할 수 있다.

또 배터리 모듈의 3차원적 온도 분포를 통해 실제 과열 지점을 정확히 특정하고, 셀 교체만으로 재과열을 막을 수 있어 설비교체 부담이 현저히 줄어드는 것도 장점이다.

LS일렉트릭은 이미 지난 7월 BTS를 자사 청주사업장 ESS에 설치해 실증 운용 중이다. 이달 중순 BTS 설치 현장에 한국전력공사, 한전KPS, 한전KDN, 에너지공단 관계자들을 초청해 해당 기술과 실제 운영결과를 설명하는 세미나를 개최했다.

LS일렉트릭 관계자는 “당사가 수주한 ESS 사이트의 경우 현재까지 화재 발생이 전혀 없었으나 잇단 사고로 인해 ESS 시장이 급격히 위축되고 있어 설비 온도 상승에 따른 발화를 원천 방지할 수 있는 솔루션을 개발한 것”이라고 말했다.

이어 “ESS 설비 보호는 물론 효율 운전을 통해 사용자의 이익을 극대화할 수 있는 기술인 만큼 널리 확대돼 시장 전체가 활성화될 수 있는 계기가 되기 바란다”고 강조했다.