냉각수를 이용한 ESS의 열폭주 전파 제어방법 연구

A Study on a Method for Controlling Thermal Runaway Propagation in ESS Using Cooling Water

에너지 저장장치(ESS)에서 발생하는 리튬이온 배터리 화재를 초기에 진압하기 위해 모듈 내부로 물을 주입하는 방법에 대해 연구하였다. 90% 이상 충전된 파우치형 셀(145 Ah) 28개로 구성된 모듈을 대상으로 열폭주 화재 진압실 험을 수행하였다. 모듈 내부 1개의 셀 표면을 7 ℃/min의 속도로 가열하여 열폭주를 발생시킨 후 모듈 내부로 분당 20 L/min의 유속으로 20 min간 물을 주입하였다. 모듈 내부로 주입된 물이 배터리의 열을 효과적으로 흡수하여 배출 될 경우 열폭주 화재가 진압되었으며, 열폭주의 전파까지 차단할 수 있었다. 반면 같은 조건으로 물이 주입되더라도 배터리의 열을 효과적으로 흡수하지 못한 경우 모든 셀들이 전소되었다. 이러한 차이는 물 주입구의 위치에 따라 발생하였다. ESS 화재를 진압하기 위해서는 모듈의 내부구조를 분석하여 주입된 물이 배터리와 최대한 접촉할 수 있도록 입구와 출구의 위치를 정하는 것이 매우 중요함을 확인하였다.

A method for injecting water into a module to suppress lithium-ion battery fires in an Energy Storage System (ESS) at an early stage was investigated. Fire suppression experiments were performed on a module consisting of 28 pouch-type cells (145 Ah), each charged to more than 90% capacity. To induce thermal runaway, the surface of a single cell inside the module was heated at a rate of 7 ℃/min, after which water was injected into the module at a flow rate of 20 L/min for 20 min. When the injected water effectively absorbed and removed the heat generated by the battery, fire was suppressed and thermal runaway propagation was prevented. However, under identical injection conditions, if the battery heat was not adequately absorbed, all cells were completely consumed by heat energy. This difference was attributed to the location of the water inlet. These results confirm that, in order to suppress ESS fires, it is critical to analyze the module’s internal structure and optimize the placement of both the inlet and outlet so that the injected water maintains maximum contact with the battery cells.