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을지로 3가 지하철 ESS를 모의한 ESS 화재에서 Cell Balancing이 미치는 영향성 분석
Analysis of the Cell Balancing Effect on the ESS Fire by Simulating the Euljiro 3-ga Subway ESS 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.25 no.3, 2020년, pp.219 - 226  

윤상선 (Dept. of Smart Car Engineering, Chungbuk Nat'l University) ,  기석철 (Smart Car Research Center, Chunnbuk Nat'l University)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Given the change in the energy market, large energy storage systems (ESS) is rapidly entering the market. In this rapid spread, fire accidents are becoming an issue. This study attempts to approach the fire from the system point of view to analyze the problems caused by bonding from different perspe...

주제어

#Energy storage system   #Cell balancing   #Battery management system   #Over voltage protection  

표/그림 (11)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 이는 ESS에서 발생할 수 있는 과충전 상황의 하나로 이후에 ESS의 고전압 시스템에서 우려되는 Cell Balancing으로 인한 추가적인 위험 상황에 대한 연구를 이어 갈 것이다. Multicell battery stack에서 다수의 Monitoring IC를 사용하면서 발생할 수 있는 과충전 상황에 대하여 연구할 것이다.
  • 본 연구를 진행하면서 ESS 시스템에서 SOC 100%까지 충전하고 사용하는 것이 옳은 것인가에 대한 의문이 생겼다. 이후에 진행할 연구 목표는 SOC가 방치 시에 SOH(State of Health)에 미치는 영향과 외국의 ESS에서는 왜 공칭전압이 4V 이상의 셀을 사용하는지보다 깊은 연구를 진행할 것이다.
  • 이에 대용량 ESS의 화재 원인을 밝히기 위해서 본 연구를 진행한다. 본인이 기존에 개발한 시스템을 활용한 시뮬 레이션 검증으로 우선 시스템의 제반 사항에 대하여 언급하고자 한다.
  • 2019년 10월에는 경북 칠곡군의 ESS 설비에서 화재가 또 발생하면서 원인을 누구도 모르는 상황이 되어 버렸다 수개월에 걸친 원인 조사와 함께 재발 방지를 위해 막대한 비용을 투입했는데 백약 이 무효인 셈이 되었다고 한국경제신문에 실렸다. 이에 대용량 ESS의 화재 원인을 밝히기 위해서 본 연구를 진행한다. 본인이 기존에 개발한 시스템을 활용한 시뮬 레이션 검증으로 우선 시스템의 제반 사항에 대하여 언급하고자 한다.
  • 충전 완료 후 대기 중 또는 충방전 과정에서 BMS에서 어떤 일을 수행하는지에 대하여 검토한 결과 충전 완료 후에 배터리의 셀 밸런싱은 통상 진행하며 충방전 과정 중에 셀 밸런싱은 개발과정에서 선택적으로 적용하고 있다. 이에 본 연구자는 대용량 ESS 화재의 원인을 BMS의 셀 밸런싱에서 검토해보고자 한다.
  • 본 실험은 배터리의 모델링에 중점을 두는 것이 아니라. 현재 사회적으로 이슈가 되는 ESS 화재와 관련하여 ESS의 시스템 구조에서 Cell Balancing을 수행하는 과정에서 발생할 수 있는 과충전 상황을 모의하는 것에 그 목적을 두었으며, PSpice v16.6를 이용한 모의해석으로 제안한 결과를 입증하였다.

가설 설정

  • 때문에 0A 근처에서는 전류 값 ±1A는 전류가 안 흐른다고 가정했다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
셀 밸런싱은 어떤 방식으로 밸런싱을 진행하는가? 그런 이유로 셀 밸런싱은 짝수 셀 과 홀수 셀로 구분하여 밸런싱을 진행하거나 3개 셀을 간격(1st cycle : 1,4,7,10 cells. 2nd cycle : 3,6,9,12 cells. 3rd cycle : 2,5,8,11 cells.)으로 밸런싱을 진행한다.
배터리에 있어서 셀 밸런싱이 중요한 이유는 무엇인가? 배터리에 있어서 셀 밸런싱이 중요한 이유는 배터리의 용량을 최대한 효율적으로 운용하기 위한 것이다[4] . 셀 밸런싱이 단셀인 경우 그림 5같이 진행된다.
ESS의 화재가 발생할 때 특징은 무엇인가? 1. SOC 90%이상 운용시 화재 발생 2. SOC 70%미만 운용시 화재 미발생 3. 충전 완료 후 대기 중 화재 발생(14건) 4. 충방전 과정에서 화재 발생(6건)
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참고문헌 (8)

  1. K. H. Bae, J. M. Kim, J. Lee, T. H. Eom, K. Ryu, and C. Y. Won, "Multi-parallel operation control method of high efficiency PCS module for ESS," in 2019 10th International Conference on Power Electronics and ECCE Asia (ICPE 2019 - ECCE Asia), pp. 1-6, May 2019. 

  2. H. S. Jeong, J. Choi, Y. Choi, and Y. h. Ok, "Study on the development of the renewable energy management system by using ESS," in 2015 Power Electronics Annual Conference, pp. 107-108, Jul. 2015. 

  3. Y. Song, M. Park, M. Seo, and S. W. Kim, "Improved SOC estimation of lithium-ion batteries with novel SOC-OCV curve estimation method using equivalent circuit model," in 2019 4th International Conference on Smart and Sustainable Technologies (SpliTech), Jun. 2019. 

  4. M. Serbanescu, O. Ionescu, I. Georgescu, V. Dumitru, and O. Buiu, "Studies for an optimal balancing system for li-ion batteries based on state of health assessment," in 2016 International Semiconductor Conference (CAS), Oct 2016. 

  5. M. S. Ballal, K. V. Bhadane, R. M. Moharil, and H. M. Suryawanshi, “A control and protection model for the distributed generation and energy storage systems in microgrids,” Journal of Power Electrons, Vol. 16, No. 2, pp. 748-759, Mar. 2016. 

    원문보기 상세보기 crossref

  6. E. Hosseinzadeh, M. X. Odio, J. Marco, and P. Jennings, "Unballanced performance of parallel connected large format lithium ion batteries for electric vehicle application," in 2019 International Conference on Smart Energy Systems and Technologies (SEST), pp. 1-6, Sept. 2019. 

  7. S. Kim, D. Han, and J. Kim, "Relative degradation grade estimation based on fuzzy logic algorithm for ESS battery fire protection," in 2019 Power Electronics Annual Conference, pp. 441-442, Jul. 2019. 

  8. V. L. Pham, T. T. Nguyen, D. H. Tran, V. B. Vu, and W. Choi, "A new cell-to-cell fast balancing circuit for lithium-ion batteries in electric vehicles and energy storage system," in 2016 IEEE 8th International Power Electronics and Motion Control Conference (IPEMC-ECCE Asia), pp. 2461-2465, May 2016. 

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