비상전원용 축전지 용량산정방식에 관한 연구

A Study on the Method of Calculating the Capacity of the Storage Battery for Emergency Power

최근 건축물의 대형화, 고층화, 복합화, 지중화됨에 따라 정전 대비는 물론 양질의 전원공급이 상용, 비상용에 관계없이 요구되고 있으므로 순수한 직류전원이고 유지보수가 용이한 축전지의 수요는 점점 더 증가할 것으로 예상된다. 축전지는 에너지를 저장하였다가 필요 시 저장된 에너지를 부하에 공급하는 비상전원용으로 사용되거나 출력변동이나 빠른 응답을 보상하기 위해 사용되는데 일반적으로 고정용 납축전지가 주로 사용되었으나 최근에는 성능이 향상된 리륨이온 전지로 발전되어가는 추세이다. 고정용 납축전지 용량을 산출 방식에는 미국 전기전자기술자협회 IEEE Std. 485에서 제시한 방식과 일본 전지 공업회 규격 SBA S 0601에서 제시한 두 가지 방식이 있으며, 현재 국내에서는 IEEE Std. 485-2010을 부합화시킨 전력산업기술기준(KEPIC) EEG 1200과 SBA S 0601-2001을 인용한 건축전기설비 설계기준을 사용하고 있다. 그러나 두 방식 사이에는 용량 산출 시 부하 패턴에 따라 용량환산 시간계수 Kt을 결정하는 Section의 범위 그리고 온도보정 계수와 노화 계수(보수율)의 적용 시점 등의 차이가 있다. 한편, 리튬이온 전지는 높은 에너지 밀도, 높은 전압, 친환경성, 비메모리 효과로 핸드폰, 노트북, 전기차, 에너지 저장장치(ESS) 등 산업 분야 전반에 걸쳐 사용이 확대되면서 납축전지를 대체하는 대표적인 2차전지로 성장하고 있다. 따라서 본 연구에서는 고정용 납축전지 용량을 산정하기 위해 국내⋅외에서 적용하고 있는 IEEE Std. 485 & KEPIC EEG 1200 방식과 SBA S 0601 방식의 용량 산정 수식과 방법, 절차 등을 비교 검토하여 차이점을 분석한 후 IEEE Std. 485-2020에서 제공된 Duty cycle(책무주기)에 국내⋅외 제조사의 Kt-T 곡선을 적용하는 실제 산출 사례를 들어 두 방식의 용량 산정 방식의 차이를 비교 설명하고자 한다. 이를 바탕으로 향후 발전 가능성이 높은 리튬이온 전지에 대해 용량 산출 방식을 비교 검토하고 적절한 용량 산출 수식을 제안하고자 한다. 연구 결과, 고정용 납축전지 용량을 산정하는 IEEE Std. 485와 SBA S 0601 방식은 계수의 적용 시점 등의 차이가 있지만 동일한 조건이 주어진다면 같은 용량이 산출되는 것을 확인할 수 있었다. 이것을 바탕으로 리튬이온 전지의 특성을 반영해 고정용 납축전지 용량 산정 수식보다 좀 더 간단한 리튬이온 전지 용량 산정수식을 제한할 수 있었다. 이를 통해 비상전원의 신뢰성 향상에 기여하고자 한다.