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양극판의 숙성과 화성조건이 자동차용 VRLA 배터리 성능에 미치는 영향
Effects of Curing & Formation Conditions on the Capacity of Positive Plate for Automotive Vehicles VRLA Batteries 원문보기

한국유화학회지 = Journal of oil & applied science, v.33 no.1, 2016년, pp.83 - 91  

정순욱 (금오공과대학교 신소재공학과) ,  구본근 (금오공과대학교 신소재공학과)

초록
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ISG (Idle Stop & Go) 시스템이 적용되는 자동차에 적합한 납축전지를 개발하기 위해 전극재료인 3BS ($3PbO{\cdot}PbSO_4{\cdot}H_2O$)와 4BS ($4PbO{\cdot}PbSO_4$)의 생성조건과 활물질의 화성 방법에 따른 납축전지 초기 성능과 심방전에 미치는 영향에 대해 연구 하였다. 양극과 음극 활물질을 숙성반응 중 온도 제어로 최종 생성 활물질의 상이 변하며, 납축전지의 수명에 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다. 초기 성능에는 3BS 활물질을 적용한 AGM 납축전지와 Flooded 납축전지가 우수한 성능을 나타내는 반면 4BS 활물질을 적용한 AGM 납축전지는 상대적으로 낮은 성능을 나타내었다. 또한, 활물질 화성 효율을 비교분석하기 위해 화성을 3 step과 9 step으로 구분하여 시험한 결과, 3BS로 제작된 AGM 납축전지에 비해 4BS 활물질을 적용한 AGM 납축전지의 초기 성능이 우수 하였다. DOD17.5% 수명시험으로 수명성능을 비교한 결과, 잦은 심방전이 요구되는 ISG 시스템에서 Flooded 납축전지는 적합하지 않았으나, AGM 납축전지는 적합한 결과를 나타내었다. 결론적으로 AGM 납축전지가 ISG 시스템 적용 자동차에 적합하였고, AGM 납축전지의 숙성, 화성 방법에 따라 수명 성능이 80% 차이를 나타내는 것으로 확인되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

We studied the effect of battery deep cycle according to the way of active materials formation and the creation condition of electrode material, 3BS ($3PbO{\cdot}PbSO_4{\cdot}H_2O$) and 4BS ($4PbO{\cdot}PbSO_4$), in order to develop the batteries for Idle Stop & Go system. Duri...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 자동차용 VRLA 배터리는 일반 Flooded type 배터리에 비해 높은 초기 성능과 충전 수입성능이 요구되며, 고온, 고진동, 심방전 등 가혹한 조건에서 정상적인 작동이 요구 된다[10, 11]. 그러므로 본 연구에서는 자동차용 VRLA 배터리 전극에 관한 연구를 하게 되었으며, 특히 높은 성능의 전극을 위한 전극의 숙성과 화성에 대해 연구 하였다.
  • 본 연구에서는 공회전 제한 장치인 ISG (Idle Stop & Go) 시스템 적용 자동차에 적합한 납축전지를 개발하기 위해 일반적으로 널리 사용하고 있는 Flooded 납축전지와 AGM격리판을 적용한 AGM 납축전지의 특성을 비교하였고, 전극 재료에서 3BS와 4BS 활물질에 따른 영향, 그리고 활물질을 화성하는 방법에 따라 성능에 미치는 영향에 대한 연구를 수행한 결과, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
ISG 시스템이란? 특히 연비 향상을 위한 ISG(Idle Stop & Go) 시스템을 자동차에 도입 하게 되었다[4, 5]. ISG 시스템은 연비 향상을 위해 자동차가 멈추면 시동이 자동으로 off되고, 자동차를 출발시킬 때 자동으로 시동이 on되는 시스템으로서 시동에 관여하는 주요 부품 중 하나인 배터리에 엄청난 부하를 주게 된다[6]. 자동차 제조사들은 배터리의 높은 성능을 요구하게 되고 요구 조건도 엄격하게 관리되기 시작하였다[7].
밀폐형 납축전지인 VRLA 배터리를 자동차용으로 개발 적용하는 것에 관심을 갖게 된 근본적인 이유는? 문제는 종래의 Flooded형의 일반 배터리로는 앞서 언급한 여러 조건의 배터리 요구 특성을 만족시키지 못하는 기술적 한계에 도달하게 되었다. 때문에 기술적으로 차별화 되어 있는 새로운 배터리에 대한 관심을 자연스럽게 갖게 되었으며, 이를 위해 산업용에 널리 사용되고 있는 밀폐형 납축전지인 VRLA (Valve Regulated Lead Acid) 배터리를 자동차용으로 개발 적용하는 것에 관심을 갖게 됐다[8, 9].
자동차용 VRLA 배터리에 요구되는 성능은? 자동차용 VRLA 배터리는 일반 Flooded type 배터리에 비해 높은 초기 성능과 충전 수입성능이 요구되며, 고온, 고진동, 심방전 등 가혹한 조건에서 정상적인 작동이 요구 된다[10, 11]. 그러므로 본 연구에서는 자동차용 VRLA 배터리 전극에 관한 연구를 하게 되었으며, 특히 높은 성능의 전극을 위한 전극의 숙성과 화성에 대해 연구 하였다.
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참고문헌 (20)

  1. Richard A. Simmons, Gregory M. Shaver, Wallace E. Tyner, Suresh V. Garimella, A benefit-cost assessment of new vehicle technologies and fuel economy in the U.S. market, Applied Energy, 157, pp. 940-952 (2015). 

  2. Michael Sivak, Brandon Schoettle, Eco-driving: Strategic, tactical, and operational decisions of the driver that influence vehicle fuel economy, Transport Policy, 22, pp. 96-99 (2014). 

  3. Sejun Kim, Jiyoung Yu, Chongah Gwon, Hyungjoon Kim, "Idle Stop & Go System Development for Automatic-Transmission Vehicle", KSAE pp. 647-652, 2011. 

  4. Jiyong Yu, Minyoung Jung, Junyong Lee, Myungsik Choi, Kwangyein Kim, "A Development of More Cost Effective AT ISG System", KSAE pp. 121-126, 2012. 

  5. Jaewoo Jung, Soono Kwon, Jungpyo Hong, Jiyoung Lee, Yangsu Lim, Yoon Hur, "The Optimal Design and Characteristic Analysis of Distributed and Concentrated Winding type of Interior Permanent Magnet Moter for ISG", KSAE06-F0255, pp. 1634-1640. 2006. 

  6. Chonghyeon Cheong, Yunhui Park, "Simple Vehicle Modeling for Fuel Economy Effect of Auto-Stop", KSAE 2009 Annual Conference & Exhibition, pp. 532-536, 2011. 

  7. Chih-Hsien Yu, Hao-Yuan Tseng, "Development of an Automatic Idling Stop and Go Control Apparatus for an EFI Scooter", Journal of Circuits, Systems, and Computers Vol.23, No. 4 1450044 (28 pages), 2014. 

  8. B. Drenchev, M. Dimitrov, V. Boev, Absorptive glass mat separator surface modification and its infilence on the heat generation in valve-regulated lead-acid battery, J. Power Sources, 280, p.p 66-73 (2015). 

  9. V. Naidenov, D. Pavlov, M. Cherneva, Three-layered absorptive glass mat separator with membrane for application in valve-regulated lead-acid batteries, J. Power Sources, 192, p.p 730-735 (2009). 

  10. Hammouche Abderrezak, Thele Marc, Sauer Dirk Uwa, Analysis of gassing processes in a VRLA/spiral wound battery, J. Power Sources, 158, p.p 987-990 (2009). 

  11. A. Kirchev, D. Pavlov, B. Monahov, Gas-diffusion approach to oxygen recombination in lead-acid batteries, J. Power Sources, 113, p.p 245-254 (2003). 

  12. Jeong Soon-Wook, Ku Bon-Keun, A study on the plate for deep discharge in lead acid battery, J. of Korean Oil Chemists' Soc., 31, p.p 197-202 (2014). 

  13. Jeong Soon-Wook, Ku Bon-Keun, Effects of 4BS Crystal Size on the Positive Plate Behavior in Lead Acid Battery, J. of Korean Oil Chemists' Soc., 26, p.p 335-340 (2009). 

  14. R. Wagner, Failure modes of valveregulated lead/acid batteries in different applications, 4th European lead battery conference, p.p 153-162 (1995). 

  15. Bon-Keun Ku, Soon-Wook Jeong, Effects of curing conditions on the chemical compositions of positive plate for lead acid battery plate, J. of Korean Oil Chemists' Soc., 23, pp. 347-354 (2006). 

  16. S. Laruelle, Grugeon-Dewaele, L. Torcheux, A. Delahaye-Vidal, The Curing Reaction Study of the Active Material in the Lead Acid Battery, J. Power Sources, 77, p.p 83-89 (1999). 

  17. Jenn-shing Chen, L. F. Wang, Effect of Curing on Positive-Plate Behaviour in Electric Scotter Lead/Acid Cells, J. Power Sources, 70, p.p 269-275 (1998). 

  18. Jeong Soon-Wook, Ku Bon-Keun, Effects of 4BS Crystal Size on the Positive Plate Behavior in Lead Acid Battery, J. of Korean Oil Chemists' Soc., 26, p.p 335-340 (2009). 

  19. D. Pavlov, Lead/Acid Battery Positive Plates Manufactured from 4PbO.PbSO4 Pastes Prepared from Leady Oxide and Red Lead, J. Power Sources, 31, p.p 189-201 (1990). 

  20. Ku Bon-Keun, Jeong Soon-Wook, Effects of Curing Conditions on the Chemical Compositions of Positive Plate for Lead Acid Battery Plates, J. of Korean Oil Chemists' Soc., 23, p.p 347-354 (2006). 

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