이 연구는 리튬 이온 배터리가 사용된 에너지 저장장치(Energy Storage System)의 화재 및 폭발 사고와 관련하여 SOC(State of Charge)에 따른 열폭주 전이 안전성을 검증하고자 하였다.
국내 에너지 저장장치에 사용되는 이차전지 중 리튬 이온 배터리는 ...
이 연구는 리튬 이온 배터리가 사용된 에너지 저장장치(Energy Storage System)의 화재 및 폭발 사고와 관련하여 SOC(State of Charge)에 따른 열폭주 전이 안전성을 검증하고자 하였다.
국내 에너지 저장장치에 사용되는 이차전지 중 리튬 이온 배터리는 에너지 밀도가 높고 수명이 길어 대다수의 에너지 저장장치에 많이 활용되고 있다. 하지만 단점으로 열폭주(Thermal Runaway)에 의한 발화 및 폭발의 가능성을 가지고 있어 사용에 주의하여야 한다. 국내의 경우 2017년 8월 전북 고창의 풍력발전 연계용 에너지 저장장치의 화재를 시작으로 2019년 5월까지 총 23건의 화재 사고가 발생하였다. 조사결과 배터리에 대한 보호 시스템 미흡, 운영에 대한 환경 관리 부족, 설치의 부적절, 통합보호 및 관리체계 미흡, 일부 배터리의 결함이 원인으로 지목되었고 에너지 저장장치의 충전상태(State of Charge; SOC)를 기존 90 % ~ 95 % 에서 70 % 로 제한하거나 다중이용시설에 대한 가동을 중지 시켰다. 하지만 경제적인 측면에서 충전상태를 70 % 로 제한하거나 가동을 중지시키는 것은 사업자 입장에서 신재생공급인증서(Renewable energy certificate; REC)의 가중치를 받지 못하기 때문에 경제적 손실이 크다는 단점이 있다. 또한 배터리의 충전상태(State of Charge; SOC) 70 %가 완전한 안전을 보장하는 것도 아니기 때문이다. 이 논문은 최근 증가하고 있는 에너지 저장장치의 화재 및 폭발사례를 참고하여 리튬 이온 배터리의 충전상태에 따른 열폭주 전이 시험을 통해 안전성을 검증하였다. 9개의 단전지로 하나의 배터리를 제작하고 전기용품안전기준 KC 62619의 7.3.3절 열폭주 전이 시험방법을 적용하여 충전상태(State of Charge; SOC) 70 % ~ 100 % 에 따른 실험을 진행하였다. 실험결과 충전상태가 낮을수록 배터리는 열폭주로 인한 전이가 발생되지 않거나 폭발력이 크지 않았고 발화 시간까지 더 많은 시간이 소요되는 경향성을 확인할 수 있었다. 따라서 이 연구에서는 리튬 이온 배터리의 충전상태에(State of Charge; SOC) 따른 열폭주(Thermal Runaway) 전이시험의 결과를 바탕으로 리튬 이온 배터리가 최대한의 성능을 발휘하면서 화재사고 예방이 될 수 있는 적절한 충전 상태 구간을 제시하고자 하였다.
이 연구는 리튬 이온 배터리가 사용된 에너지 저장장치(Energy Storage System)의 화재 및 폭발 사고와 관련하여 SOC(State of Charge)에 따른 열폭주 전이 안전성을 검증하고자 하였다.
국내 에너지 저장장치에 사용되는 이차전지 중 리튬 이온 배터리는 에너지 밀도가 높고 수명이 길어 대다수의 에너지 저장장치에 많이 활용되고 있다. 하지만 단점으로 열폭주(Thermal Runaway)에 의한 발화 및 폭발의 가능성을 가지고 있어 사용에 주의하여야 한다. 국내의 경우 2017년 8월 전북 고창의 풍력발전 연계용 에너지 저장장치의 화재를 시작으로 2019년 5월까지 총 23건의 화재 사고가 발생하였다. 조사결과 배터리에 대한 보호 시스템 미흡, 운영에 대한 환경 관리 부족, 설치의 부적절, 통합보호 및 관리체계 미흡, 일부 배터리의 결함이 원인으로 지목되었고 에너지 저장장치의 충전상태(State of Charge; SOC)를 기존 90 % ~ 95 % 에서 70 % 로 제한하거나 다중이용시설에 대한 가동을 중지 시켰다. 하지만 경제적인 측면에서 충전상태를 70 % 로 제한하거나 가동을 중지시키는 것은 사업자 입장에서 신재생공급인증서(Renewable energy certificate; REC)의 가중치를 받지 못하기 때문에 경제적 손실이 크다는 단점이 있다. 또한 배터리의 충전상태(State of Charge; SOC) 70 %가 완전한 안전을 보장하는 것도 아니기 때문이다. 이 논문은 최근 증가하고 있는 에너지 저장장치의 화재 및 폭발사례를 참고하여 리튬 이온 배터리의 충전상태에 따른 열폭주 전이 시험을 통해 안전성을 검증하였다. 9개의 단전지로 하나의 배터리를 제작하고 전기용품안전기준 KC 62619의 7.3.3절 열폭주 전이 시험방법을 적용하여 충전상태(State of Charge; SOC) 70 % ~ 100 % 에 따른 실험을 진행하였다. 실험결과 충전상태가 낮을수록 배터리는 열폭주로 인한 전이가 발생되지 않거나 폭발력이 크지 않았고 발화 시간까지 더 많은 시간이 소요되는 경향성을 확인할 수 있었다. 따라서 이 연구에서는 리튬 이온 배터리의 충전상태에(State of Charge; SOC) 따른 열폭주(Thermal Runaway) 전이시험의 결과를 바탕으로 리튬 이온 배터리가 최대한의 성능을 발휘하면서 화재사고 예방이 될 수 있는 적절한 충전 상태 구간을 제시하고자 하였다.
The purpose of this study aimed to verify the safety of thermal runaway transition according to State of charge (SOC) in relation to fire and explosion accidents in energy storage systems using lithium ion batteries. Among the secondary batteries used in energy storage system, lithium ion batter...
The purpose of this study aimed to verify the safety of thermal runaway transition according to State of charge (SOC) in relation to fire and explosion accidents in energy storage systems using lithium ion batteries. Among the secondary batteries used in energy storage system, lithium ion batteries have a high energy density and a long life, and are widely used in most energy storage system. However, as a disadvantage, there is a possibility of ignition and explosion by thermal runaway, so use with caution. In Korea, a total of 23 fire accidents have occurred since May 2017, beginning with the fire of wind energy-linked energy storage devices in Gochang, Korea. This study the thermal runaway according to the State of charge, not specified in the safety standard, is cited by the heating method of the thermal runaway transition test of 7.7.3, test item of KC 62619 (Safety of industrial lithium secondary battery). Battery was made from nine single cells, and the tests were conducted according to the State of charge (SOC) 70 % to 100 % by applying the test method of Section 7.3.3 Thermal Runaway of Safety Standard KC 62619. Experiments were conducted and the results analyzed to suggest an appropriate charging section to prevent the transition of fire due to explosion. As a result of the experiment, the show that a 70% lower State of charge (SOC) operation can delay the time of explosion and ignition and reduce the likelihood of a thermal runaway. The energy storage system is operating at about 90% to 95% State of charge (SOC), and if the State of operation (SOC) is reduced to 70%, fire safety will be increased.
The purpose of this study aimed to verify the safety of thermal runaway transition according to State of charge (SOC) in relation to fire and explosion accidents in energy storage systems using lithium ion batteries. Among the secondary batteries used in energy storage system, lithium ion batteries have a high energy density and a long life, and are widely used in most energy storage system. However, as a disadvantage, there is a possibility of ignition and explosion by thermal runaway, so use with caution. In Korea, a total of 23 fire accidents have occurred since May 2017, beginning with the fire of wind energy-linked energy storage devices in Gochang, Korea. This study the thermal runaway according to the State of charge, not specified in the safety standard, is cited by the heating method of the thermal runaway transition test of 7.7.3, test item of KC 62619 (Safety of industrial lithium secondary battery). Battery was made from nine single cells, and the tests were conducted according to the State of charge (SOC) 70 % to 100 % by applying the test method of Section 7.3.3 Thermal Runaway of Safety Standard KC 62619. Experiments were conducted and the results analyzed to suggest an appropriate charging section to prevent the transition of fire due to explosion. As a result of the experiment, the show that a 70% lower State of charge (SOC) operation can delay the time of explosion and ignition and reduce the likelihood of a thermal runaway. The energy storage system is operating at about 90% to 95% State of charge (SOC), and if the State of operation (SOC) is reduced to 70%, fire safety will be increased.
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