[논문]다채널 대용량 충방전기 모듈 개발에 대한 연구

이준하

[국내논문] 다채널 대용량 충방전기 모듈 개발에 대한 연구
A Study on the Multi-Channel Large Capacity Charge/Discharge Formation Module 원문보기

반도체디스플레이기술학회지 = Journal of the semiconductor & display technology, v.15 no.2, 2016년, pp.55 - 60

Abstract ▼ AI-Helper

This study was developed through the secondary battery module charging/discharger possible utilization in the production process equipment circuit. The developed module is ensuring construction of efficient and productive charging and discharger through this research a limit on the yield and the price of existing single -channel charge and discharger circuit as a 5V 70A grade secondary battery Formation charge and discharger for up to 1 board 4 channels. In order to improve the sensing accuracy, through a robust differential amplifier circuit described using 16bit Analog-Digital Converter and noise was secured 16bit resolution sensing. The configuration also made demands for property Rise / Fall Time. Data Acquisition, discharge efficiency and also to fit the sink circuit temperature level for mass production.

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

고효율, 대용량의 2차 전지생산을 위한 고정밀 전류 및 전압제어 기능과 각 셀당 충방전 독립제어가 가능하고 60A이상의 높은 전류제어가 요구되고 있어 새로운 기술과 설비등이 필요하다[1-5]. 본 논문에서는 대용량 2차전지의 공정중의 하나인 Formation 공정의 충방전시스템 모듈에 대한 연구 결과를 고찰한다. 2차 전지의 제조공정은 조립공정인 전 공정과 시험공정인 후공정으로 구분될 수 있다.
본 연구를 통하여 2차전지 생산공정장비에 활용 가능한 충방전기 회로 모듈을 개발하였다. 개발된 모듈은 1보드 4채널 까지 가능한 5 V 70 A급 2차전지 Formation 충방전기로서 기존의 단채널 충방전기 회로의 수율 및 단가에 대한 한계를 본 연구개발을 통하여 효율적이고 생산적인 충방전기의 구성을 확보하였다.

제안 방법

8Bit 분해능을 제공하고 있다. 또한 센싱 정밀도 향상을 위하여, 16bit AD Converter 사용과 노이즈에 강인한 차동 증폭회로 기술을 통하여 16bit 센싱 분해능을 확보하였다. 위 두 사항에 대한 기술적 적용으로 하여, 출력 전압 제어 정밀도의 결과가 FS Error 0.
8Bit 분해능을 제공하고 있다. 또한 센싱 정밀도 향상을 위하여, 16bit AD Converter 사용과 노이즈에 강인한 차동 증폭회로 기술을 통하여 16bit 센싱 분해능을 확보하였다. 위 두 사항에 대한 기술적 적용으로 하여, 출력 전압 제어 정밀도의 결과가 FS Error 0.
전원은 최대 2A까지 처리할 수 있도록 구성하였으며, 신호처리는 32비트 ARM코어 프로세서를 이용하였다. 또한 입출력은 16채널 디지털 I/O가 가능하도록 하였으며, 시스템의 셋업과 이에 따른 초기 및 동작시의 시스템 상태를 나타낼 수 있는 표시부를 구성하였다. 외부 통신을 위한 통신 포트는 산업계에서 활용되고 있는 다양한 기기와의 연결이 가능하도록 이더넷, SPI 및 RS-232와 RS-422 규격에 적합하도록 구성하였다.
또한 입출력은 16채널 디지털 I/O가 가능하도록 하였으며, 시스템의 셋업과 이에 따른 초기 및 동작시의 시스템 상태를 나타낼 수 있는 표시부를 구성하였다. 외부 통신을 위한 통신 포트는 산업계에서 활용되고 있는 다양한 기기와의 연결이 가능하도록 이더넷, SPI 및 RS-232와 RS-422 규격에 적합하도록 구성하였다.
센싱 정밀도 향상을 위하여, 16bit AD Converter 사용과 노이즈에 강인한 차동 증폭회로 기술을 통하여 16bit 센싱 분해능을 확보하였다. 또한 Rise/Fall Time, Data Acquisition, 방전효율 및 방열판 회로부 온도등에 대한 특성요구사항들도 양산을 위한 수준에 맞도록 구성하였다.
4(a) 및 (b)는 충방전모듈의 결과 시제품을 나타내고 있으며, 한 장의 보드 구성으로 최적의 4채널을 구동 할 수 있는 충방전기 결과물을 보여주고 있다. 기존의 단채널 충방전기 회로의 수율 및 단가에 대한 한계를 본 연구개발을 통하여 4채널의 원보드 회로를 설계 완성함으로 보다 효율적이고 생산적인 formation 충방전기의 구성을 확보하였다.
본 연구를 통하여 2차전지 생산공정장비에 활용 가능한 충방전기 회로 모듈을 개발하였다. 개발된 모듈은 1보드 4채널 까지 가능한 5 V 70 A급 2차전지 Formation 충방전기로서 기존의 단채널 충방전기 회로의 수율 및 단가에 대한 한계를 본 연구개발을 통하여 효율적이고 생산적인 충방전기의 구성을 확보하였다. 센싱 정밀도 향상을 위하여, 16bit AD Converter 사용과 노이즈에 강인한 차동 증폭회로 기술을 통하여 16bit 센싱 분해능을 확보하였다.

성능/효과

또한 센싱 정밀도 향상을 위하여, 16bit AD Converter 사용과 노이즈에 강인한 차동 증폭회로 기술을 통하여 16bit 센싱 분해능을 확보하였다. 위 두 사항에 대한 기술적 적용으로 하여, 출력 전압 제어 정밀도의 결과가 FS Error 0.009%의 높은 성능을 확보 할 수 있었다. Table 3에는 출력 신호의 측정치를 표시하였다.
Table 5는 출력 전압 지령에 따른 측정데이터 및 FS Error 와 ABS Error을 측정 기록한 것이다. 결과 데이터에서 FS Error 의 최대치 0.009%, ABS Error 최대치 0.02%의 결과로 측정되었다. 본 과제의 측정 기준 0.
02%의 결과로 측정되었다. 본 과제의 측정 기준 0.1%의 에러 미만임을 확인하였다.
7(a)와 (b)는하강 및 상승 시간을 측정한 것이다. 하강시간과 상승시간은 각각 7.85 msec, 8.95 mSec의 빠른 응답을 보여주며, 정량적 목표 20 msec이내임을 확인 할 수 있다.
8은 충방전기에서 출력 전압 전류 그리고 그 외 데이터를 RS232 통신으로 컴퓨터로 한 프레임을 전달하는 것을 스코프로 측정한 것이다. 측정 파형에서 15.296 mSec의 프레임 전송이 됨을 볼 수 있으며, 0.1 Sec 이하로 데이터 전송 부분에 있어 높은 전송 속도를 보여주는 것을 볼 수 있다. 기준인 0.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	양산 상용화 전기자동차가 대두되고 있는 이유는?	전 세계적으로 환경오염과 더불어 자원보호를 위하여 자동차 엔진의 다운사이징 및 고효율화와 더불어 하이브리드 및 전기자동차의 개발이 활발해 지고 있으며, GM의 전기자동차 Volt, 테슬라 모델3 그리고 국내 기업의 아이오닉과 같은 양산 상용화 전기자동차가 대두되고 있다. Fig.
	고효율, 대용량의 2차 전지생산을 위한 새로운 기술과 설비가 필요한 이유는?	2와 같은 에너지 저장장치(ESS : Energy Storage System)에 대용량 리튬이온 2차전지의 수요가 급증할 것으로 예상되고 있다. 기존 배터리로 동작되는 전기.전자기기들인 노트북PC, 핸드폰, 모바일 기기등에 사용되는 2차 전지는 중소형으로 충전용량이 5Ah이하 이지만 승용이상의 차량용은 최소 100 Ah이상의 충전 용량이 요구되고 있다. 고효율, 대용량의 2차 전지생산을 위한 고정밀 전류 및 전압제어 기능과 각 셀당 충방전 독립제어가 가능하고 60A이상의 높은 전류제어가 요구되고 있어 새로운 기술과 설비등이 필요하다[1-5].
	Formation 공정이란?	이러한 화학전지는 후공정을 거치게 되어 실제 사용 가능한 전기적 특성을 지닌 전지가 된다. Formation (활성화공정)은 전기적 특성을 가지지 않은 전지를 충전과 방전을 수 차례 반복하여 전기적 특성을 갖도록 하는 것으로 이를 위해서는 큰 전류를 정밀하고 신속하게 충방전을 진행할 수 있는 회로 모듈의 개발이 필요하다[6-8].

참고문헌 (8)

C. S. Wang, O. H. Stielau, G. A. Covic, "Design considerations for a contactless vehicle battery charger," IEEE Trans. on Industrial Electronics, Vol. 52, Issue 5, pp.1308-1314, 2005.

상세보기
S. B. Peterson, J. F. Whitacre, Jay Apt, "The economics of using plug-in hybrid electric vehicle battery packs for grid storage," Journal of Power Sources, Vol. 195, Issue 8, pp. 2377-2384, 2010.

상세보기
J. Sallan, J. Villa, A. Lombart, J. Sanz, "Optimal Design of ICPT Systems Applied to Electric Vehicle Battery Charge," IEEE Trans. on Industrial Electronics, Vol. 56, Issue 6, pp.2140-2149, 2009.

상세보기
N. H. Kutkut, J. K. Wiegman, D. M. Divan, D. W. Novotny, "Charge equalization for an electric vehicle battery system," IEEE trans. on Aerospace, Vol. 34, Issue. 1, pp.235-246, 1998.

상세보기
L. Maharjan, S. Inoue, J. Akagi, J. Asakura, "State-of-Charge(SOC)-Balancing Control of a Battery Energy Storage System Based on a Cascade PWM Converter," IEEE Trans. on Power Electronics, Vol. 24, Issue 6, pp. 1628-1636, 2009.

상세보기
C. Zhang, System for Battery Formation, Charging, Discharging, and Wqualization, US Patent, US629 1972 B1, 2001.
B. Kang, G. Ceder, "Battery Materials for Ultrafast Charging and Discharging," Nateure, Vol. 458, pp.190-193, 2009.

상세보기
N. Jeremy, P. Ahmad, "The ability of battery second use strategies to impact plug-in electric vehicle prices and serve utility energy storage applications," J. of power sources, Vol. 196 No. 23, pp. 10351-10358, 2011.

상세보기

저자의 다른 논문 :

활용도 분석정보

상세보기

다운로드

내보내기

활용도 Top5 논문

해당 논문의 주제분야에서 활용도가 높은 상위 5개 콘텐츠를 보여줍니다.
더보기 버튼을 클릭하시면 더 많은 관련자료를 살펴볼 수 있습니다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증