선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구에서 ISG시스템 적용 자동차에 적용 할납축전지를 개발하기 위해 일반적으로 널리 사용하고 있는 Flooded 납축전지와 AGM격리판을 적용한 AGM 납축전지의 특성을 비교하고, 3BS 활물질과 4BS 활물질에 따른 연구를 수행한 결과, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
- 본 연구에서는 ISG 시스템 기술이 적용된 자동차 납축전지로서 AGM 납축전지의 활물질에 관한 연구를 통해 잦은 진동과 충방전에 의한 양극과 음극 활물지의 내구성 강화 등을 고려한 최적의 납축전지 기술을 ISG 시스템에 적용하기 위해 연구를 수행하였다.
제안 방법
- 4염기성 황산납과 3염기성 황산납으로 생성된 활물질을 전기적 성질을 나타내기 위해 양극 활물질은 이산화 납(PbO2), 음극 활물질은 해면상납(Pb)로 생성 시키기 위해 황산 액 속에서 전기적 충전을 통해 화성을 실시 하였다. 화성은 전지로 조립된 상태로 냉각된 황산을 진공 주액한 후 22시간 동안 충전을 실시 하였다.
- ISG 시스템 적용 차량을 위한 납축전지 평가 방법으로 DOD17.5% 수명시험으로 납축전지를 평가하게 된다. 본 연구에서 제작한 AGM 납축 전지와 일반 시동용으로 널리 사용하고 있는 Flooded 납축전지를 동일한 시험 방법으로 평가한 결과를 Fig.
- 이 때 극판의 숙성은 수명 성능에 유리 하다고 알려져 있는 4염기성 황산납 (4PbO·PbSO4)과 초기 성능에 유리 하다고 알려져 있는 3염기성 황산납 (3PbO·PbSO4·H2O)으로 구분하여 제작하였다.[10] 4염기 황산납은 고온 (70℃) 이상에서 생성되기 때문에 온도 90℃이상, 습도 90%이상의 챔버에서 3시간동안 1차 고온 숙성을 하였고, 이후 60℃ 조건의 챔버에서 2차 숙성과 활물질에 수분을 제거하기 위해 건조를 실시 하였다. 3염기 황산납은 저온에서 생성되는 물질로서 충진된 극판을 60℃이하의 챔버에서 숙성 후 활물질에 남아 있는 수분을 제거하기 위해 건조를 실시 하였다.
- 고온 및 저온으로 제작된 4염기성 황산납과 3염기성 황산납은 SEM을 사용하여 생성된 결정을 관찰하였다.
- 극성이 다른 양극판과 음극판을 격리하기 위해 AGM (Absorptive glass mat) 격리판을 사용하여 양극판과 음극판을 격리하여 조립하였고, AGM 격리판은 다공도가 90%이상인 격리판을 사용하여 전해액을 격리판에 함습되게 하여 전해액과 할물질 간의 안정된 반응을 할 수 있도록 제작하였다.
- %) 조성으로 합금된 납 합금을 사용 하였다. 기판 제작 공법은 압연 펀칭식으로서 압연된 납 합금 판에 구멍을 내어 제작하는 방식으로 제작하였다.
- 압연된 납 합금판은 80℃에서 8시간동안 시효 경화를 실시한 후 펀칭을 통한 격자 모양의 기판을 제작하였다.
- 제작된 시험용 전지는 미국 바이트로드사에서 제작된 충방전 시험기를 사용하여 기초 특성시험인 20시간율 방전시험, 5시간율 방전시험, 보유용량 (R.C.) 방전시험을 실시하였으며, 내구수명 시험으로 DOD17.5% 수명시험을 실시하였다.
- 화성은 전지로 조립된 상태로 냉각된 황산을 진공 주액한 후 22시간 동안 충전을 실시 하였다. 화성된 전지의 활물질을 분석하기 위해 SEM을 사용하여 생성된 결정을 관찰하였다.
- ), 음극 활물질은 해면상납(Pb)로 생성 시키기 위해 황산 액 속에서 전기적 충전을 통해 화성을 실시 하였다. 화성은 전지로 조립된 상태로 냉각된 황산을 진공 주액한 후 22시간 동안 충전을 실시 하였다. 화성된 전지의 활물질을 분석하기 위해 SEM을 사용하여 생성된 결정을 관찰하였다.
- 활물질 혼합은 산화 납 (PbO)과 정제수 (H2O) 을 반응시켜 수산화납 (Pb(OH)2)을 생성시키고, 황산 (H2SO4)을 첨가하여 황 산납 (PbSO4)을 생성시키는 순서로 제조하였다.
대상 데이터
- ISG 자동차용 AGM 납축전지는 6개 셀로 구성된 12V로 제작하였고, 샘플의 용량은 20시간율 용량 70Ah로 제작하였다. 시험용 전지를 제작하기 위해 전조 및 덮개의 재료는 무기물질이 20% 첨가된 폴리프로필렌을 사용하였고, 6개 셀각각의 밀폐 마개의 밸브의 재료는 EPDM을 사용하였으며, 밸브의 압력 작동 범위는 0.
- 본 연구를 위해 제작된 기판은 Pb-Ca-Sn 합금으로서 Ca (0.07 wt.%), Sn (1.5 wt.%) 조성으로 합금된 납 합금을 사용 하였다. 기판 제작 공법은 압연 펀칭식으로서 압연된 납 합금 판에 구멍을 내어 제작하는 방식으로 제작하였다.
- ISG 자동차용 AGM 납축전지는 6개 셀로 구성된 12V로 제작하였고, 샘플의 용량은 20시간율 용량 70Ah로 제작하였다. 시험용 전지를 제작하기 위해 전조 및 덮개의 재료는 무기물질이 20% 첨가된 폴리프로필렌을 사용하였고, 6개 셀각각의 밀폐 마개의 밸브의 재료는 EPDM을 사용하였으며, 밸브의 압력 작동 범위는 0.07~0.15kgf/㎠인 것으로 사용 하였다.
- 이 때 극판의 숙성은 수명 성능에 유리 하다고 알려져 있는 4염기성 황산납 (4PbO·PbSO4)과 초기 성능에 유리 하다고 알려져 있는 3염기성 황산납 (3PbO·PbSO4·H2O)으로 구분하여 제작하였다.
- 이와 같이 새로운 자동차용 배터리로 관심을 갖게 되는 VRLA 배터리는 일반 액식 납축전지와는 달리 AGM 격리판을 적용하였다. 이것은 양극과 음극을 분리하고 전해액의 흡수 기능이 있기 때문에 충전으로 인해 발생되는 수소와 산소가스를 격리판 내부에서 가스 재결합 (Gas recombination) 반응을 유도하여 전해액 손실이 없게 하는 효과가 있다.
- 전지의 시험은 ISG 자동차용으로 개발한 AGM 납축전지는 3BS활물질 적용 시료와 4BS 적용 시료를 구분하여 실시하였으며, AGM 납축 전지와 성능을 비교하기 위해 일반 자동차 시동용으로 널리 사용되고 있는 Flooded 납축전지 68Ah를 사용하였다.
성능/효과
- AGM 납축전지의 4BS활물질 적용 시료와 3BS 활물질 적용 시료, 그리고 일반 자동차에 시동용으로 널리 사용하고 있는 Flooded 납축전지의 초기 성능과 수명 성능을 시험한 결과, 초기성능에 서는 3BS 활물질을 적용한 AGM 납축전지와, Flooded 납축전지가 우수한 성능을 나타내는 반면에 4BS 활물질을 적용한 AGM납축전지는 상대적으로 낮은 초기 성능을 나타내는 것을 알 수 있었다.
- ISG시스템이 적용된 자동차에 적합한 시험방법인 DOD17.5% 수명시험을 통한 납축전지의 내구력을 시험한 결과, Flooded 납축전지는 1unit, 3BS 활물질을 적용한 AGM 납축전지는 23 units, 4BS 활물질을 적용한 AGM 납축전지는 34 units의 결과를 나타내었다. 이는 ISG시스템이 적용된 자동차에는 Flooded 납축전지는 적합하지 않고, AGM 납축전지가 ISG 시스템에 적합하다는 것으로 알 수 있다.
- 5% 수명시험에서 20시간율 용량 50% 이상 기준으로 Flooded 납축전지는 1unit, AGM 납축전지 중 3BS 적용 시료는 23 units, AGM 납축전지 4BS 적용 시료는 34 units의 결과를 나타내었다. 납축 전지의 용량 80% 수준에서 충방전을 지속적으로 반복하는 ISG 시스템에서는 AGM 납축전지가 우수한 내구력을 나타내고 있는 것을 확인할 수 있었다. 특히 AGM 납축전지에서 3BS 활물질에 비해 4BS 활물질이 48% 향상된 내구력을 나타내었다.
- 납축전지의 양극과 음극 활물질을 숙성 반응중 온도로 반응을 제어하면 최성 생성되는 활물질의 상이 변하여 내구력이 향상시킬 수 있다는 것을 알 수 있었다. 숙성 반응 중 온도를 70℃이상 고온에서 숙성 반응 후 생성 물질은 4염기 황산납 (4BS)이 생성되었고, 70℃ 이하에서 숙성 반응 후 생성 물질은 3염기 황산납이 생성 되었으며, 이를 SEM 장비를 사용하여 결정을 관찰한 결과, 3BS 활물질은 2~10㎛ 크기의 결정이, 4BS 활물질은 50~100㎛의 큰 결정이 형성되었음을 확인하였다.
- 납축전지의 양극과 음극 활물질을 숙성 반응중 온도로 반응을 제어하면 최성 생성되는 활물질의 상이 변하여 내구력이 향상시킬 수 있다는 것을 알 수 있었다. 숙성 반응 중 온도를 70℃이상 고온에서 숙성 반응 후 생성 물질은 4염기 황산납 (4BS)이 생성되었고, 70℃ 이하에서 숙성 반응 후 생성 물질은 3염기 황산납이 생성 되었으며, 이를 SEM 장비를 사용하여 결정을 관찰한 결과, 3BS 활물질은 2~10㎛ 크기의 결정이, 4BS 활물질은 50~100㎛의 큰 결정이 형성되었음을 확인하였다.
- ISG 자동차용 AGM 배터리의 기초성능 평가 결과는 Table 3에 나타낸 바와 같이 일반 시동용 Flooded 납축전지와 비교하여 나타내었다. 초기 성능을 나타내는 기초 성능에서는 AGM 납축전지와 Flooded 납축전의 성능 차이는 없는 것으로 확인 되었다.
- 납축 전지의 용량 80% 수준에서 충방전을 지속적으로 반복하는 ISG 시스템에서는 AGM 납축전지가 우수한 내구력을 나타내고 있는 것을 확인할 수 있었다. 특히 AGM 납축전지에서 3BS 활물질에 비해 4BS 활물질이 48% 향상된 내구력을 나타내었다. Flooded 납축전지에 비해 AGM 납축전지가 우수한 내구력을 나타내는 이유는 AGM 격리판이 극판을 지지해주는 역할을 하여 과도한 충방전에 의한 활물질이 이탈되는 현상을 방지하였기 때문이며, AGM 납축전지에서 3BS 활물질에 비해 4BS 활물질의 내구력이 우수한 이유는 4BS 결정의 기계적 강도가 우수하여 활물질간의 결합력이 우수하고, 고온 숙성반응 중 기판과 활물질 간의 부식 결합으로 견고한 결합력을 유지하기 때문이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.