배터리 에너지 저장 시스템을 위한 열 모니터링: 연구 및 생산에서 보관 및 검사에 이르기까지
배터리 에너지 저장 시스템(BESS) 작업은 많은 위험을 초래할 수 있지만 열화상 기술은 배터리 고장을 예방하고 새로운 배터리 개발을 가속화하며 보다 안전한 검사를 가능하게 해줍니다.
배터리 에너지 저장 시스템(BESS)은 재생 에너지에 의존하는 전력 유틸리티의 성공을 위한 핵심 요소입니다. 전력망 안정성을 보장하기 위해 BESS를 설치하든, 기업에서 자체 패널의 태양광 전력을 저장하기 위해 소규모로 설치하든, 안정적인 운영을 위해서는 정기적인 점검과 수리가 필수적입니다.
배터리 에너지 저장 시스템(BESS) 현장 안팎에서 안전한 상태를 유지하는 것은 매우 중요하지만, 온도가 임계 수준까지 상승할 수 있는 잠재적인 변동성과 배터리 셀 내부 물질과의 물리적 접촉으로 인한 건강 위험 때문에 어려움이 따릅니다. 이와 유사한 위험은 제조 과정 전반은 물론 운송 및 초기 개발 단계에서도 존재합니다.
해결책은 적외선 카메라를 사용하여 검사를 수행하는 것입니다. 적외선 카메라는 배터리 시스템의 수명 주기의 모든 단계에서 열 패턴을 모니터링하고 문제를 식별할 수 있는 신뢰할 수 있는 비접촉식 솔루션을 제공합니다. 휴대형 검사 및 현장 검사에 사용하든 배터리 생산 라인에 통합하든, 열화상 카메라는 작은 열 관련 결함이 큰 문제로 확대되기 전에 안전하고 효과적으로 감지할 수 있는 방법을 제공합니다.
그렇다면 BESS와 함께 작업할 때 어떤 위험이 있을까요?
몇 가지 주요 배터리 검사 애플리케이션을 살펴보고 열화상 기술이 조기 결함 식별, 화재 예방, 데이터 기반 인사이트, 안전 조치 개선에 어떻게 기여하는지 살펴보겠습니다.
열 폭주
배터리 시스템을 사용하는 업계에서는 배터리 셀에서 다른 셀로 온도가 상승하여 화재 및 유해 가스 방출로 이어질 수 있는 위험한 연쇄 반응인 열 폭주를 방지하기 위해 주의를 기울여야 합니다.
배터리 생산 과정에서 전기 연결이 이루어지고 구성 요소 간에 전류가 흐르기 시작하면 온도가 지속적으로 상승하는 프로세스가 시작될 수 있습니다. 배터리가 가열되면 시스템 전압이 감소하고 전류가 증가하여 온도 상승이 더욱 가속화됩니다. 열 폭주를 감지하지 못하고 방치하면 배터리 손상, 제품 고장, 심지어 시설 화재로 이어질 수 있습니다.
제조업체는 자동화된 열 모니터링을 통해 열 폭주를 관리할 수 있습니다. 고정형 열화상 카메라는 저장 시설이나 생산 라인에 설치하여 배터리 온도 상승을 모니터링할 수 있습니다. 이러한 종류의 열 센서에는 대부분 첨단 분석 소프트웨어가 탑재되어 있어 온도 변화를 감지하고 산업용 PLC에 직접 알람 정보를 전송하여 데이터를 기록하고, 온도가 사용자 정의 임계값 이상으로 상승하면 자동으로 억제 시스템을 트리거할 수도 있습니다.
용접 불량
대형 BESS 배터리 팩은 일반적으로 개별 셀로 조립되며, 이를 서로 용접하여 더 큰 모듈을 형성한 다음 더 큰 배터리 팩 안에 배치합니다.
용접에 결함이 있으면 저항 문제, 출력 감소, 수명 단축이 발생할 수 있습니다.
열화상은 저항이 높은 부위는 전기 부하에 따라 온도 변화가 눈에 띄게 나타나 잠재적인 결함을 알리기 때문에 용접 불량 부위를 식별하는 신뢰할 수 있는 방법을 제공합니다.
FLIR T-시리즈 열화상 카메라에 포착된 세포 파열.
셀 누출
셀 누출은 제조 공정의 어느 지점에서든 발생할 수 있습니다. 배터리의 부식성 물질은 사람의 눈에는 거의 보이지 않으며 피부를 손상시키고 제품을 망칠 수 있습니다.
배터리 셀의 밀봉이 손상되면 액체 전해액이 외부 층으로 누출되어 감지 가능한 온도 변화를 일으킬 수 있습니다. 열화상 카메라는 셀에 직접 접촉하지 않고도 몇 초 안에 이러한 미세한 누출을 신속하게 식별할 수 있습니다.
테스트 단계
열화상 카메라를 최종 라인 테스트 및 로드 사이클에 통합하면 제품 출하 전에 생산 품질을 검증할 수 있는 신뢰할 수 있는 방법을 제공합니다.
이 카메라는 온도 이상을 감지하여 배터리 팩 내 연결 지점의 핫스팟과 셀 또는 모듈의 과열을 식별하여 화재 위험을 크게 줄여줍니다.
연구 개발을 위한 파괴적 테스트
고장난 배터리의 온도는 정상 상태에서 폭발적인 연소 상태로 순식간에 상승할 수 있습니다. 고속 열화상 이미징은 이러한 상황이 발생하는 순간 데이터를 캡처할 수 있는 가장 좋은 방법입니다.
인디애나주 뉴베리에 위치한 배터리 혁신 센터(BIC)는 연소를 유도하기 위해 단락 상태를 시뮬레이션하는 못 관통 테스트를 할 때 FLIR 고속 열화상 카메라를 자주 사용합니다. 고속 열화상 카메라를 테스트에 추가하기 전, BIC 연구원들은 테스트 중에 배터리 온도를 측정하기 위해 한 번에 수십 개의 열전대를 부착했습니다. 이 방법은 제한된 데이터만 제공했고 각 테스트를 설정할 때 상당한 시간이 소요되었습니다.
열화상을 통해 BIC는 전체 배터리 표면의 빠른 온도 변화를 모니터링하고 기록한 다음 전체 이벤트를 프레임 단위로 분석하여 손상 시 셀의 동작에 대해 더 깊이 이해할 수 있습니다. "테스트를 수행할 때 가능한 한 많은 데이터를 수집하고자 합니다."라고 BIC의 프로그램 디렉터인 애슐리 고든은 설명합니다. "우리는 데이터가 정확하다는 확신을 갖고 싶습니다."
연구자들은 전체 배터리 표면을 모니터링할 수 있을 뿐만 아니라 테스트 중에 배출되는 물질을 더 정확하게 평가할 수 있었습니다. 배터리가 어떻게 단락되고 물질이 어떻게 발화되는지 이해함으로써 연구자들은 잠재적인 위험과 고장 시 손상을 가장 잘 완화할 수 있는 방법을 더 잘 이해할 수 있습니다.
아래를 클릭하여 BIC의 고속 열화상 카메라에 대해 자세히 알아보세요.
배터리 에너지 저장 시스템(BESS) 검사 및 유지 관리
배터리 에너지 저장 시스템(BESS)은 열 폭주에 취약하여 진압하기 어려운 화재로 이어질 수 있을 뿐만 아니라 인근 지역사회에 건강 위험을 초래하는 유해 가스를 방출하고 토양 및 수질 오염을 통해 환경 피해를 일으킬 수 있습니다. 최악의 경우 BESS 화재는 재산 피해와 대피로 이어질 수 있습니다.
자동화된 열화상 카메라는 BESS 현장에서 재난을 예방하는 데 가장 적합한 솔루션입니다. 기존의 불꽃 감지기는 예방 조치로 사용할 수 있지만, 눈에 보이는 불꽃이나 연기에 의존하기 때문에 화재 감지 초기 단계에서는 즉각적으로 감지되지 않을 수 있습니다.
열화상 기술은 화재로 이어지기 전의 미세한 온도 상승에도 경보 및 진압 시스템을 작동시킬 수 있어 훨씬 더 신뢰할 수 있는 방식입니다.
FLIR A500f/A700f 상태 모니터링 및 화재 조기 감지용 첨단 스마트 센서 고정식 열화상 카메라
FLIR A50/A70 스마트 센서 고정형 열화상 카메라
