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온도의 영향성을 고려한 리튬폴리머 전지의 절대용량 추정 방법
Absolute Capacity Estimation Method with Temperature Effect for a Small Lithium-polymer Battery 원문보기

韓國軍事科學技術學會誌 = Journal of the KIMST, v.19 no.1, 2016년, pp.26 - 34  

김한경 (국방과학연구소 제5기술연구본부) ,  곽기호 (국방과학연구소 제5기술연구본부)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Military devices and systems powered by batteries need to operate at extreme temperature and estimate the available capacity of the battery at different temperature conditions. However, accurate estimation of battery capacity is challenging due to the temperature-sensitive nature of electrochemical ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 제안하는 방법은 첫째로 전지 연료게이지를 표시하기 위해 전지의 운용 온도가 변하더라도 용량을 나타내는 연료게이지는 항상 일정한 용량으로 표시하도록 절대용량으로 환산하도록 하여 운용자가 잔존용량을 판단하는데 있어 직관적 판단의 도움을 주고자하는 것이며 추가적으로 현재 방전되는 상태의 운용효율을 표시하도록 하여 전지의 운용 상태를 알리도록 하는데 목적이 있다. 둘째로 온도변화에 의해 달라지는 용량을 기존의 퓨커트 방정식을 이용하여 추정하기 위해 n, K 계수를 최적화하고 정확한 잔존용량을 추정하는데 목적이 있다.
  • 본 논문에서는 전지 연료게이지를 전시하는 방법으로 온도 조건에 따라 변화하는 전지 용량의 기준을 일정하게 추정할 수 있는 방법과 방전상태의 효율을 추정하는 방법을 제시하였다. 온도에 따라 간단한 추정 곡선을 구성하고 이를 기존의 퓨커트 방정식의 계수를 최신화 한다.
  • 본 논문에서는 퓨커트 방정식을 이용하여 운용자로 하여금 온도가 변화할 때 용량이 변화되어 나타나는 잔존용량을 하나의 연료게이지로 표시할 수 있는 절대 용량 추정 방법을 제시하고 운용 전류 및 온도에 따라 전지의 방전 상태를 운용 효율로 표시할 수 있는 방법에 대하여 제안한다. 또한 오프라인에서 얻게 되는 계수를 온도 변화에 따라 추정하고 이를 이용하여 기존의 퓨커트 방정식으로 잔존용량을 추정할 수 있음을 제안한다.
  • 최종적으로 잔존용량을 추정하는 방법으로 극히 일부분의 추정오차를 제외하고 1 % 내의 오차를 나타내는 우수한 성능을 나타내는 결과를 보였다. 일부의 추정오차가 발생하는 이유는 자기발열 효과에 기인하며 이 결과로 더욱 정확한 추정을 위해서는 방전크기에 따른 전지 자체의 발열 효과에 대한 연구의 필요성을 확인하였다.
  • 제안하는 방법은 첫째로 전지 연료게이지를 표시하기 위해 전지의 운용 온도가 변하더라도 용량을 나타내는 연료게이지는 항상 일정한 용량으로 표시하도록 절대용량으로 환산하도록 하여 운용자가 잔존용량을 판단하는데 있어 직관적 판단의 도움을 주고자하는 것이며 추가적으로 현재 방전되는 상태의 운용효율을 표시하도록 하여 전지의 운용 상태를 알리도록 하는데 목적이 있다. 둘째로 온도변화에 의해 달라지는 용량을 기존의 퓨커트 방정식을 이용하여 추정하기 위해 n, K 계수를 최적화하고 정확한 잔존용량을 추정하는데 목적이 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
전지란 무엇인가? 전지는 휴대가 가능한 전원장치로서 다양한 분야에서 폭 넓게 이용되고 있다. 특히, 재충전이 가능한 2차 전지계열의 리튬폴리머 전지는 단위체적당 에너지밀도가 높아 민수용, 군용 및 우주항공과 대규모 플랜트의 고용량 전원공급장치 등에 사용될 정도로 그 이용도가 넓고 다양하다.
2차 전지계열의 리튬폴리머 전지가 여러 분야에 유용하게 쓰이는 이유는 무엇인가? 전지는 휴대가 가능한 전원장치로서 다양한 분야에서 폭 넓게 이용되고 있다. 특히, 재충전이 가능한 2차 전지계열의 리튬폴리머 전지는 단위체적당 에너지밀도가 높아 민수용, 군용 및 우주항공과 대규모 플랜트의 고용량 전원공급장치 등에 사용될 정도로 그 이용도가 넓고 다양하다. 전지를 이용하는 시스템은 운용하는데 있어 잔존용량을 정확히 추정하는 것은 필수적이다.
온도에 따라 전지의 용량은 어떻게 달라지는가? 전지를 사용하는 시스템의 운용에 있어서 온도조건(화염, 우천, 계절에 따른 온도 변화)은 전지의 용량변화를 추정하는데 있어 매우 중요한 변수이다. 전지는 화학적 에너지 저장장치이며 화학반응에 의하여 전원을 생성하고 저장된 에너지는 노후화 변수를 제외하면 일정한 온도에서 일정한 용량을 갖는다. 하지만 운용온도가 상승할 경우 잔존용량이 늘어나고 온도가 하강할 경우 용량이 줄어드는 일반적 특성을 가지고 있다. 즉, 다시 말하면 온도에 따라 전지의 용량은 달라지며 온도와 전지의 용량은 서로 밀접한 관계를 가지고 있다는 것이다.
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참고문헌 (6)

  1. W. Gu, C. Wang, "Thermal-Electrochemical Modeling of Battery Systems," Journal of Electrochemical Society, 147, pp. 2910-2922, 2000. 

  2. L. Song, J. W. Evans, "Electrochemical-Thermal Model of Lithium Polymer Batteries," Journal of Electro-chemical Society, 147, pp. 2086-2095, 2000. 

  3. B. Balasingam, et. al., "Performance Analysis Results of a Battery Fuel Guage Algorithm at Multiple Temperatures," Journal of Power Sources, 273, pp. 742-753, 2015. 

  4. B. Pattipati, et. al., "Open Circuit Voltage Characterization of Lithium-ion Batteries," Journal of Power Sources, 269, pp. 317-333, 2014. 

  5. D. Doerffel, S. A. Sharkh, "A Critical Review of using the Peukert Equation for Determining the Remaining Capacity of Lead-acid and Lithium-ion Batteries," Journal of Power Sources, 155, pp. 395-400, 2006. 

  6. A. Hausmann, C. Depcik, "Expanding the Peukert Equation for Battery Capacity Modeling Through Inclusion of a Temperature Depedency," Journal of Power Sources, 235, pp. 148-158, 2013. 

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