배터리실 환기 (Battery Room Ventilation) 및 방폭 적용?

배터리는 충전/방전할 때 수소 가스가 발생한다.

일반 납축전지의 경우 더 심하고, Maintenance Free type의 VRLA 의 경우 그 발생량이 좀 작지만, 정전기에 의해서도 폭발이 가능한 수소가스의 위험성을 고려할 때 방폭 적용은 고민되는 부분이다.

 

IEEE 484, 5.4 Ventilation 항목을 보면 아래와 같다.

요약하면, 자연환기 또는 강제환기가 필요하고, Lead Acid Battery의 경우 max evolution rate가 0.127mL/s 이다.

위의 환기 조건을 만족하면 방폭지역으로 고려하지 않아도 된다.

Haze 사의 450Ah VRLA battery 를 가정하여 계산하면 아래와 같은 결과를 얻는다. 

1) Maximum Gas Emission Rate (worst case)

    - Gas Emission rate : 35.01  ㎖ / cell / hour

    - Number of Cell : 114 cell x 2 set

    - Total Gas Emission rate : 7.982 ℓ/hour

2) Air ventilation Rate : 1,600 ㎥/hour

                                     (1,600,000 ℓ/hour)

* Conclusion

(Gas Emission Rate)/(Ventilation Rate)=  7.982/1,600,000= 0.000499%   <<  2%

Thus, gas accumulation cannot reach to 2% of the total volume of battery area

 

BS 50272-2 또는 IEC 62485-2의 요구조건을  Boost Charging의 경우로 다시 한 번 검증하면

* Conclusion

Q=0.05 ×114 cell ×8 ×450Ah ×〖10〗^(-3)

      =20.52"㎥/hour  < 1600㎥/hour"

It is concluded that concentration of hydrogen is kept below safe limit.

 

아래 Fiamm 사의 매뉴얼을 보면 아래와 같은 내용도 찾을 수 있다.

 

fiamm-installation-operating-manual-from-blue-box.pdf

1.35MB

요약하면 수소 발생량이 매우 적기 때문에 폭발이나 부식에 의한 고려는 불필요하지만 자연환기나 강제환기는 구비되어야 한다.

 

 

배터리실의 온도 조건은 20도가 이상적이다. 더 높은 온도에서 배터리의 performance는 높아지나 배터리 수명이 저하될 수 있다.

 

그렇다면 환기를 위한 Opening 선정에 주의할 점은 무엇이 있을까?

 

 

위의 그림과 같이, Opening Size를 환기량에 따라 결정하고, Opening의 위치는 가능한 반대편 벽체로,

같은 벽체에 둘 경우에는 2m 이상 띄어서 구비하는 것이 바람직 하다.

 

그런데 IEC 62485의 원문을 찾아보면 아래와 같이 Natural ventilation의 경우에 해당하는 수식이므로, 강제환기의 경우에는 크게 고려하지 않아도 되는 사항이다.

 

 

마지막으로, 중요한 고려사항이 하나 남아 있다.

Plant Outage 동안에 환기 Fan 이 동작하지 않으면 위험하지 않은가 이다.

기본적으로 환기fan은 redundant로 구성하고, 만약 전원 자체가 없어졌을 경우에는 FAN 구동이 멈춘다.

하지만 Plant Outage 중에는 Battery가 방전을 하여 battery 본연의 기능을 수행하고, 충전되지 않는다.

그리고 battery는 방전 보다는 충전중에 수소가스가 생성되며, 방전중에는 아주 극소량만 생성되므로

Fan이 돌지 않더라도 자연환기만으로도 충분히 안전하다고 할 수 있다.