[논문]리튬이온 배터리의 정확한 잔량 측정 기술개발을 위한 연구 방향 제안

주강우; 이윤철; 하주환; 김광선

리튬이온 배터리의 정확한 잔량 측정 기술개발을 위한 연구 방향 제안
Suggestion of Research Direction for Technology Development on Accurate Measurement of Remaining Capacity in Li-ion Batteries 원문보기

반도체디스플레이기술학회지 = Journal of the semiconductor & display technology, v.15 no.2, 2016년, pp.16 - 19

주강우 (한국기술교육대학교 메카트로닉스공학부) , 이윤철 (한국기술교육대학교 메카트로닉스공학부) , 하주환 (한국기술교육대학교 메카트로닉스공학부) , 김광선 (한국기술교육대학교 메카트로닉스공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

More efficient use of the battery pack is dependent upon how to measure the remaining capacity of the battery accurately. Among various measurement methods, the basic correction measurement method has still been a hot research topic area to reduce the errors. In this paper, the problems of the existing methods have been investigated and the research direction for measuring more accurate remaining capacity has been suggested by applying the numerical simulations in the future.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

그 중에서 가장 큰 과제는 배터리의 사용시간 문제이다. 배터리와 시스템 개발자는 동일 용량대비 더 긴 사용시간 또는 대기 중에는 최소 전력 소비, 배터리 수명의 연장 등 많은 방안 등을 연구하고 있으며, 배터리 기술의 장점을 최대한 활용하고자 한다. 특히 가장 일반적으로 배터리의 사용 시간을 늘리는 방법으로써 직류 변환 효율을 개선하는 데에 중점을 두고 있다.
따라서, 주기적인 수명에 대한 배터리 잔량 또는 사용시간을 정확하게 예측하는 것 또한 매우 어렵다고 할 수 있겠다. 본 논문에서는 배터리 잔량 측정 기술과 관련하여 앞에서 언급한 문제 등에 대처하는 선행 연구 및 방법을 바탕으로 보다 정확하고 실용적인 기술을 개발하기 위한 연구 방향을 제시한다.

제안 방법

따라서, 수행시간도 줄일 수 있고, 비용도 절약할 수 있는 수치해석 기법을 활용한다[9]. 다만, 수치해석 자체의 오차도 있기 때문에, 몇 가지 경우에 대해 실험을 진행하고, 동일한 방식으로 수치해석을 수행하여 결과를 비교하고, 최종적으로 실험결과에 최대한 근접하는 수치해석 모델링을 확보한다. 이렇게 신뢰성이 검증된 수치해석 모델을 통하여 다양한 경우에 대하여 데이터베이스를 구축할 수 있게 된다.
전류기반의 방식에서는 결국 전류와 온도에 의한 영향을 고려한 방식이었으므로, 몇 번의 사이클 실험을 통해서 방전율 및 온도에 대한 실제 전압값을 데이터베이스화 시키는 작업을 우선으로 한다. 용량이 감소할 수록 실제 전압에 대한 오차값이 점점 증가하므로, 저용량일 때에 보정하는 방식을 채택한다. 예를 들어 방전 도중 배터리 전압이 최소전압을 0으로 기준 잡았을 때 10%이하일 때 1차 보정을 실시한다.

후속연구

이는 데이터 베이스가 많은 사이클의 충방전 테스트를 진행하여 작성되어야 함을 시사하고, 초기 잔존용량 예측 알고리즘 개발에 있어서 많은 시간과 비용이 소모될 수 있다. 따라서 신뢰성이 검증된 수치해석 기법을 활용하여 초기 데이터 베이스 작성 시간을 단축시키고, 보다 다양한 경우에 대해서 데이터를 확보하여 잔존용량 측정의 오차를 최소화 시킬 수 있을 것으로 보인다.
또한 주로 팩단위로 사용되는 시스템의 경우에는 셀 해석 뿐만 아니라, 팩 내부의 열해석을 이용하여 셀 간의 온도 균일화가 가능한 최적의 팩 디자인을 설계하여 BMS 운용 측면에도 이점을 줄 수 있는 연구가 수행되어야 한다고 판단된다.
본 논문에서 제안한 방식을 토대로 보다 정확한 배터리 잔존용량을 측정하는 기술이 개발되면 배터리 사용시간 증가 등 효율적인 배터리 운용에 도움이 될 것은 확실하며, 미래에 광범위한 분야에 사용되는 리튬이온배터리 기반의 전원 시스템 개발에 활용 적절할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	리튬이온 배터리의 요구소비전력 상승으로 어떤 문제점이 생기는가?	한편 이런 휴대 기기의 주요 전원은 리튬이온 배터리를 사용하고 있는데, 요구소비전력 상승과 함께 몇 가지 과제가 동반되고 있다[1]. 그 중에서 가장 큰 과제는 배터리의 사용시간 문제이다. 배터리와 시스템 개발자는 동일 용량대비 더 긴 사용시간 또는 대기 중에는 최소 전력 소비, 배터리 수명의 연장 등 많은 방안 등을 연구하고 있으며, 배터리 기술의 장점을 최대한 활용하고자 한다.
	배터리의 잔량을 정확하게 측정하지 못하면 어떤 제약이 있는가?	그런데, 배터리의 사용시간을 늘리는 방법에 중점을 두는 한편, 잔량을 정확하게 측정하는 부분에는 연구가 약한 것이 실정이다[2-3]. 만약에 배터리 잔량 측정 오차가 5%라고 하면 시스템의 셧다운에 의한 데이터 손실을 방지하기 위해 95%의 배터리만 사용할 수 있는 것이다. 그렇지만 배터리의 용량에 대해서 정확하게 모델링하는 알고리즘을 개발하는 것은 거의 불가능하다.
	리튬이온 배터리의 사용시간 감소에 대한 오해는 무엇이 있는가?	리튬이온 배터리에 관한 가장 큰 오해로는 배터리의 사용시간 감소가 용량 감소로 알고 있는 부분이 가장 많은데, 실제로는 배터리 용량의 감소가 아니라 배터리의 내부 임피던스 증가에 의한 사용시간 감소라고 표현하는 것이 더 정확하다[5-6]. 풀어서 설명하자면, 오래된 배터리에서 증가한 임피던스에 필요한 부하전류에 대응하는 높은 전압강하 때문에, 증가 임피던스가 거의 없는 새 배터리에 비하여 최소 동작전압 즉 방전 종료전압에 도달하게 되는 것이다.

참고문헌 (10)

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