Study on Analysis of Fire Factor and Development Direction of Standard/safety Requirement to Keep Safety for Energy Storage System (ESS)

Abstract

본 연구에서는 에너지저장장치(ESS)의 안전성 확보를 위하여 화재 및 고장의 원인에 대한 취약점을 분석하였다. 2017년 8월부터 2019년 5월까지 총 23건의 ESS 화재가 발생하였으며, 리튬이온 이차전지는 화재발생시 ‘열폭주’에 의하여 반응이 종료될 때까지 화재진압이 불가능함에 따라 현재까지는 사전예방이 최선의 방안이다. 따라서 본 연구를 통해 ESS 화재예방을 위한 운영에 악영향을 미치는 변수를 추론하고 검증하여 취약점을 파악하였으며, 이를 통한 표준 및 안전기준 개발방향에 대해 연구하였다. 본 연구의 결과를 정리하면 다음과 같다. 첫째, 배터리 보호시스템 미흡으로 전기적 위해 요인인 지락․단락에 의한 전기충격으로 보호장치 내에 버스바(Bus bar)와 배터리 보호장치의 외함에서 2차 단락 사고가 발생하는 경우와 둘째, 산지 및 해안가에 설치된 ESS가 큰 일교차로 인한 결로와 다량의 먼지 등에 노출되기 쉬운 열악한 환경에서 운영되면서 관리 미흡에 의한 셀과 모듈 외함 간 접지부분에서 절연이 파괴되는 경우, 셋째, 배터리 보관불량, 오결선 등 ESS 설치 부주의시에 화재가 발생할 수 있음을 확인하였다. 마지막으로 통합보호․관리체계 부재로 인해 각 ESS 구성품 제작사가 서로 다른 Energy Management System(EMS), Power Management System(PMS), Battery Management System(BMS)를 적용함으로써, 바람직한 SI업체 주도로 유기적인 운영이 되지 못하는 등 ESS가 하나의 통합된 시스템으로 설계․보호되지 못했던 점이 사고 요인으로 파악되었다. ESS 화재예방 및 안전을 위한 표준이 국제적으로 개발 중에 있으며, 이 표준과 부합하여 국내 ESS 시장에도 강화된 안전기준을 적용할 수 있도록 하고, 이를 검증하기 위한 시험평가 및 실증 기반을 구축할 필요가 있다. 그리고 배터리, PCS, BMS 등 각 구성요소들이 유기적으로 연계되어 최적화된 성능을 발휘하며 화재사고 예방용 통합관제 시스템 등에 대한 표준화가 필요할 것으로 사료된다.In this study, it analyzed weakness of fire and failure to secure energy storage system (ESS). From August 2017 to May 2019, ESS fire occurred 23 times. Due to the characteristic of lithium ion batteries, the fire can not be suppressed until total destruction by fire. The best way is to prevent fire, it is removed the weakness factor. Therefore, this study investigated the development direction of standards and safety standards through inference an d verification of the variables that adversely affect the operation of ESS. The results of this study are summarized as follows. Firstly, in the event of a second short circuit accident in the enclosure of the bus bar and battery protection device, and electrical shock is caused by in the insufficient battery protection system. Secondly, it is confirmed that fire may occur when the insulation is broken at the grounding part between the cell and the module enclosure, because of insufficient management, insufficient operation and to expose to a large amount of dust. Lastly, there is the lack of integrated protection and management system, each ESS component manufacturer applied different EMS, PMS, BMS, which prevented the ESS from being designed and protected as one integrated system. It was identified as an accident factor. Standards for ESS fire prevention and safety are being developed internationally. In line with this standard, it is necessary to apply the enhanced safety standards to the domestic ESS market, and to establish a test evaluation and demonstration to verify them. In addition, the components such as battery, PCS, BMS, etc. are to achieve optimized performance and standardization of integrated control system for fire accident prevention is necessary.