삼성 SDI 배터리안전성관련 2018. 11
ESS 화재사고현황 최근연속적인 ESS 설비의화재사고로 ESS 사업의미래는어두워보였습니다. ESS 설치현황 - 태양광연계 (345), 풍력연계 (26), 한전 (13), 빌딩 / 공장 (494) 등 874 개소설치 ('15.11~'18.5) ESS 화재현황 (874 개소중 11 개소발생 ). '18.5 월이후집중적으로발생하였습니다.. 삼성 SDI 화재는 4 건모두시스템이복잡한 10MW 이상대형사업장에서발생하였습니다. 1 // 69 14
ESS 화재사고현황 일시 장소 용도 설비명 용량 (MWh) 배터리 2017.8.2 전북고창 해상풍력 한전전력연구원 ESS 17 A 2018.5.2 경북경산 주파수조정 한전경산변전소 ESS 12 S 2018.6.2 전남영암 풍력연계 풍력발전단지 ESS 15 S 2018.6.15 전북군산 태양광연계 태양광발전시설 ESS 19 L 2018.7.12 전남해남 태양광연계 태양광발전시설 ESS 3 L 2018.7.21 경남거창 풍력연계 풍력발전단지 ESS 9.6 S 2018.7.28 세종 산업용피크제어 산업용피크제어 18 S 2018.11.12 영주 태양광연계 태양광발전시설 ESS 6 L 2018.11.12 천안 태양광연계 태양광발전시설 ESS 250kWh L 2018.11.22 거창 태양광연계 태양광발전시설 ESS 1.3 L 2018.11.22 문경 태양광연계 태양광발전시설 ESS 3 L 2 // 69 14
ESS 화재사고원인및대책 삼성SDI는최근발생한 ESS 화재에대한고객별보상과함께원인분석과개선을하였습니다. 원인은 Common Mode Noise 및 Surge성에의한것으로사고전류보호를위한설계를개선하였으며변경전후제품시연을통하여화재의원인및개선을검증하였고, 현재개선제품을공급하고있습니다. 개선내역 - 모듈 ~ 모듈간, 랙 ~ 랙간 FUSE 추가 - Switch gear 개선 : 사고전류유입경로에 Fuse 추가 - PCS에서나오는노이즈차단장치 (SPD) 보완 / 추가 SPD (Surge Protector Device) 3 // 69 14
삼성 SDI 안전성보강대책적용 (1/3) 모듈 Fusible Busbar : 쇼트발생시 Fusible Busbar 가용융되면서단락해제로추가이벤트차단 Rack Fuse Busbar : 특정 Rack 에서이벤트발생시타 Rack 으로부터유입되는전류차단 (1500VDC) BCP 내부에 SPD 설치 : 시스템최대동작전압이상의 Surge 유입시 Surge 전압감쇄시킴 4 // 69 14
삼성 SDI 안전성보강대책적용 (2/3) Switch gear : 사고전류유입경로에 Fuse 배치, Fuse 이중화설계를통한사고전류대응강화 (Fuse 2 개 3 개 ) 변경전 변경후 5 // 69 14
삼성 SDI 안전성보강대책적용 (3/3) UVT 적용 - DC MAIN S/W 의제어전원 AC220V 가 60% 이하로떨어지면 DC Main S/W Trip * UVT : Under Voltage Trip device Surge Monitor - SPD 동작시 Ground Current 감지알람 E-Stop 보드 - Surge Monitor 신호감지하여, Hard wiring 접점신호전달 PCS 접점전달하여운영중지요청 - 센싱보드 S-BMS에 Surge Signal 전달 System BMS에서 PCS 통신전달 PCS 운영중지 배터리시스템운영중지 ( 전체 off) 6 // 69 14
SOC 와화재와의관련성 삼성 SDI 에서는원인분석진행중에 ESS 저감운영 (SOC 70%) 을요청하였으나, 화재원인과무관한것으로분석되어정상가동운영 (SOC 제한해제 ) 으로원복 7 // 69 14
삼성 SDI 배터리 Cell 부품안전장치설계 SDI 배터리는안전을최우선으로하는잠수함용리튬전지로채택되었고 잠수함에적용된동일한기술및안전장치가당사가공급하는 ESS 에동일하게적용됨 8 // 69 14
삼성 SDI 배터리제품의안전성설계 ( 재료 / 셀 / 제품 ) 셀재료, 셀부품, LIB 시스템회로에서다양한안전성장치적용中 : 안전성극대化 안전성항목 보호장치 셀재료셀부품 LIB 시스템회로구성 과충전 - OSD : 가스발생시팽창하여양음극단락시켜전류우회 Fuse : OSD 작동에의한양음극단락시 Fuse 끊어짐 VENT : 특정압력이상가스발생시 VENT 작동 충방전제어회로 (DC-Contactor) : OPEN 보호회로 (DC-Contactor) : OPEN 과전류 - Fuse : 과전류에의한 Fuse 끊어짐 내부단락 SFL : 내부단락최소화 Separator : 열발생시리튬이온이동차단 Fuse : 과전류에의한 Fuse 끊어짐 외부단락 - Fuse : 과전류에의한 Fuse 끊어짐 충방전제어회로 (DC-Contactor) : OPEN 보호회로 (DC-Contactor) : OPEN 시스템차단기 : 과전류차단랙 Fuse : 과전류차단 Tray Fuse : 과전류차단및셀내부 Fuse 작동시셀내고전압 Risk 해소 가열 Separator : 열발생시리튬이온이동차단 OSD : 가스발생시팽창하여양음극단락시켜전류우회 Fuse : OSD 작동에의한양음극단락시 Fuse 끊어짐 VENT : 특정압력이상가스발생시 VENT 작동 충방전제어회로 (DC-Contactor) : OPEN 보호회로 (DC-Contactor) : OPEN 낙하 SFL : 내부단락최소화 Retainer : Short 발생최소화구조설계 충방전제어회로 (DC-Contactor) : OPEN 보호회로 (DC-Contactor) : OPEN 압축 SFL : 내부단락최소화 Retainer : Short 발생최소화구조설계 충방전제어회로 (DC-Contactor) : OPEN 보호회로 (DC-Contactor) : OPEN 9 // 69 14
삼성 SDI 배터리 Cell 부품안전장치설계 SDI 셀에는안전변 (Vent), OSD, NSD, SFL 의 4 중기계식안전장치내장 - ( 참고 ) 안전변이 OPEN 되는셀내부가스압력 7.0±1.0 kg f/ cm2 Can Type LIB Cell Vent OSD (Overcharge Safety Device) Vent OSD Insulator OSD membrane OSD cover Safety vent - 온도상승, 부반응에의한 Gas 발생으로 Cell 내부압이일정수준이상도달시, Vent를통하여 Gas를방출 ( 외관에개폐압이낮은부분을별도구성 ) OSD / Fuse / NSD - OSD (Overcharge Safety Device) : 과충전시 Cell 내부 Gas 발생에따라압력이상승하면전류를 Fuse 로우회시킴 - NSD (Nail Safety Device) : Short 시전극외부로전류를 유도하여발열및발화차단 NSD (Nail Penetration Safety Device) SFL - Safety Functional Layer Can NSD : Ceramic 막을극판에코팅하여내부 Short 를억제하고 Short 면적의확대방지 10 / 69 14
태양광발전소연계용 ESS 에적용되는소화장치소개 제품은소화약재가담긴 Firewall과화재발생시작동이가능하게하는전기식작동장치로구성 화재발생시열감지센서는 93 감지후소화장치작동 당사에서는열감지및연기감지센서를장착하여두가지조건중 1개만충족되면소화장치작동되도록시스템구성 ( 센서및제어기의신뢰성을확보하기위하여독일리탈사제품적용 ) 11 / 69 14
태양광발전소연계용 ESS 에적용되는소화장치소개 고체에어로졸방식은화재시발생하는수산화기 (O,H) 물질에칼륨 (K) 을화재에투입하여 OH와융합하여화학적인방법으로화재진압하는방식임 산소결핍작용과무관하게작동되므로, 배터리룸의도어가 Open되어있어도화재진압가능 ESS 사고가정비중에도많이발생하고있어, 도어가 Open 되어있는경우에도소화장치작동되는것은중요 12 / 69 14
태양광발전소연계용 ESS 에적용되는소화장치소개 태양광발전소연계용 ESS 에설치되는고려화공의 KF-300A 모델은배터리룸의전기장치 (C 급화재, Class C) 화재시화재를진압할수있는제품 No 형식모델 Model 소화제질량 (g) Weight of extinguishing agent 수량 (EA) A 급화재 Class A 설계밀도방호체적 ( mm3 ) Protected volume B 급화재 Class B C 급화재 Class C 최대설치높이 (m) Maximum installation height 길이 (mm) Length 직경 (mm) Diamete r 방출시간 (sec) Discharge time 작동원리 Operation 1 KF-300A 300 4 3.11 3.46 3.11 2.1 166.7 92.1 11 전기식작동장치 13 / 69 14
파인이엠텍보유태양광발전소 ESS 설치 당사는삼성 SDI 의원인분석과조치에대한확신으로당사가보유하고있는 태양광발전소 2 곳에 ESS 설치를진행하고있습니다. - 4 종보험가입예정 ( 화재, 재해, 재물, 휴지 ) 14 / 69 14