광기술로 셀 단위 온도 측정·과열 시 설비 가동 중단하는 솔루션 개발
열화로 인한 설비교체 부담은 Down···효율운전 통해 고객 이익은 UP
셧다운 시 냉방·공조 조정 서비스도 제공·배터리 출력 90% 가동 가능

LS일렉트릭 ESS 배터리 온도 모니터링 시스템

ESS(에너지저장장치) 화재의 원인 중 하나인 배터리 과열 현상을 원천적으로 예방할 수 있는 솔루션이 나왔다.
LS ELECTRIC(일렉트릭)은 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 최근 밝혔다.
일반적으로 ESS 배터리 제조사 역시 온도 정보를 제공하고 있지만 통신방식과 온도 외 대량의 배터리 정보를 통합 운용하기 때문에 세부적인 온도 정보만을 활용하기에는 어려움이 존재했다.
특히 완성품 단계인 랙(Rack) 수준에서 온도 측정이 이뤄져 왔고 최근 들어선 보다 세분화된 모듈(Module) 단계까지 확대되고 있는 추세이긴 하나 일정 온도 이상 넘어설 경우 랙과 모듈 손상이 불가피하고, 과열 원인을 보다 명확히 파악하는 데는 한계가 있었던 것이다.
LS일렉트릭이 개발한 BTS는 모듈을 구성하는 셀 단위 온도측정을 위해 전기·전자 기기에 간섭이 발생하지 않도록 특수 설계된 광섬유를 삽입, 30cm 간격의 연속적인 온도를 측정해 과열 구간을 보다 정밀하고 빠르게 모니터링 할 수 있다.
ESS 화재 관련 일련의 연구에 따르면 리튬이온 배터리는 대체로 40℃를 기점으로 성능에 문제가 생기기 시작해 60℃를 넘어서면 ‘부풀어오름’ 단계로, 150℃ 이상부터 ‘가스가 발생’(Off-gas)하며 이 상태가 30분 이상 지속될 경우 ‘발화’한다.
배터리는 부풀어오름 단계에 진입하면 이미 기계적 손상으로 인해 재사용이 불가능해 화재가 발생하지 않더라도 교체가 불가피하다.
LS일렉트릭의 BTS는 배터리가 정상적으로 작동하는 최적의 설정온도(실온 25℃)를기준으로 모니터링을 시작하고 이상 징후를 보이는 40℃ 직전부터 ‘알람’, ‘위험’ 경고를 한 뒤 운영시스템 강제 정지시켜 과열로 인한 화재는 물론 배터리 모듈 및 셀 손상도 예방할 수 있다.
또한 배터리 모듈의 3차원적 온도 분포를 통해 실제 과열 지점을 정확히 특정하고, 셀 교체만으로 재 과열을 막을 수 있어 설비교체 부담이 현저히 줄어드는 것도 장점이다.
BTS는 ESS 효율운전도 가능케 해 고객의 이익 역시 극대화할 수 있을 것으로 기대된다.
ESS 효율운전을 위한 온도 기준은 25±5℃로, 이 구간에서 1℃ 차이만 발생해도 효율이 급격히 떨어지는 만큼 미세한 온도 변화까지 감지해 ESS 운전성능을 최적화할 수 있으며, 배터리 과열로 인한 ESS 중단 시 고객이 원할 경우 원격으로 냉방·공조 시스템을 즉시 가동시켜 신속한 운전 재개가 가능한 서비스도 제공해 고객의 피해를 최소화 할 수 있다는 게 회사 측 설명이다.
또한 배터리의 과한 충·방전에 따른 온도상승이 ESS 화재 원인 중 하나로 꼽히며 잇단 화재사고 이후 정부 차원에서 배터리 출력을 80% 이하로 제한할 것으로 권장한 바 있으나 BTS를 설치할 경우 특정 지점의 과열 여부를 즉시 탐지할 수 있어 예전과 같이 90% 수준의 출력으로 가동 가능할 것으로 기대하고 있다.
광 섬유를 삽입해 통신으로 연결하기 때문에 설치가 간편하고, 신규 프로젝트는 물론 현재 가동되고 있는 ESS에도 적용이 가능한 만큼 장기간 이어져온 화재에 대한 시장의 우려를 상당부분 해소할 수 있을 것으로 전망된다.
LS일렉트릭은 이미 지난 7월 BTS를 자사 청주사업장 ESS에 설치해 실증 운용 중이며, 이달 중순 BTS 설치 현장에 한국전력,  한전KPS, 한전KDN, 에너지공단 관계자들을 초청해 해당 기술과 실제 운영결과를 설명하는 세미나를 개최키도 했다.
LS일렉트릭 관계자는 “당사가 수주한 ESS 사이트의 경우 현재까지 화재 발생이 전무했으나 잇단 사고로 인해 ESS 시장이 급격히 위축되고 있어 설비 온도 상승에 따른 발화를 원천 방지할 수 있는 솔루션을 개발한 것”이라며 “ESS 설비 보호는 물론 효율운전을 통해 사용자의 이익을 극대화할 수 있는 기술인 만큼 널리 확대돼 시장 전체가 활성화 될 수 있는 계기가 되기 바란다”고 말했다.