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[국내논문] 18650 Li-ion battery Module의 Cell-to-Cell 온도 편차 최소화를 위한 양방향 냉각에 대한 실험적 연구
Experimental Study on Bi-directional Air Cooling System for 18650 Li-ion Battery Module to Minimize Cell-to-Cell Temperature Variation 원문보기

한국수소 및 신에너지학회 논문집 = Transactions of the Korean Hydrogen and New Energy Society, v.28 no.4, 2017년, pp.407 - 418  

장호선 (홍익대학교 기계시스템디자인공학과) ,  박민규 (홍익대학교 기계시스템디자인공학과) ,  전지환 (홍익대학교 기계시스템디자인공학과) ,  박성수 (홍익대학교 기계시스템디자인공학과) ,  김태우 (홍익대학교 기계시스템디자인공학과) ,  박성진 (홍익대학교 기계시스템디자인공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Battery heat management is essential for high power and high energy battery system because it affects its performance, longevity, and safety. In this paper, we investigated the temperature of the 18650 Lithium Ion Battery Module used in a Energy Storage System (ESS) and the cooling method to minimiz...

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문제 정의

  • 본 논문에서는 에너지저장시스템에서 사용되는 실린더 타입의 18650 리튬이온 배터리(18650 Li-ion battery)로 구성된 배터리 모듈 내에서 셀 간 온도 편차를 줄이기 위한 냉각 방법을 연구하였다. 배터리의 균일한 온도 분포를 위하여, 배터리 모듈의 냉각 유체의 유동 방향을 시간 간격에 따라 바꾸었으며, 이에 따른 배터리 셀의 최고 온도, 셀 간 온도 편차 등 냉각 성능에 미치는 효과를 실험적 결과를 통해 분석하였다.
  • 본 논문에서는 2차 전지 에너지 저장시스템 분야에 많이 사용되는 삼성 SDI사의 18650 리튬이온 배터리를 사용하여 양방향 냉각에 대한 배터리 모듈 실험을 수행하였다.
  • 본 논문에서는 냉각 유체의 방향을 일정 시간 간격마다 변화시키는 양방향 냉각이 배터리 냉각에 미치는 영향을 확인하기 위해 배터리 모듈의 주입구 1과 주입구 2에 일정한 시간 간격으로 공기를 번갈아가며 공급하여 양방향 냉각 실험을 진행하였고, 전압 변화가 일정한 구간에서 온도 변화를 비교하였다. 충전 시와 방전 시 발열량이 서로 다르기 때문에 각각 실험을 수행하였다.
  • 본 논문에서는 배터리 모듈 냉각 시스템에서 냉각 유동을 시간 간격을 두고 반대방향으로 변화시키는 양방향 냉각의 효과를 실험을 통해 분석하였다. 실린터 타입의 18650 리튬이온 배터리(18650 Li-ion battery)로 구성된 배터리 모듈에 대해서 실험을 수행하였고, 이를 통해 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
BESS이 사용 되는 곳은? 그렇기 때문에 신재생 에너지의 안정적인 전력 공급을 위해서는 생산된 전력을 저장하였다가 필요한 시기에 전력을 선택적․효율적으로 사용하여 에너지 효율을 극대화시키는 에너지저장시스템(energystorage system, ESS) 개발이 필수적이다. 특히, 대규모 태양광 및 풍력 발전 단지에서는 양수발전이나 플라이휠을 사용하기보다 대용량 2차 전지를 사용하는 배터리 에너지저장시스템(battery energystorage system, BESS)이 사용되고 있다4).
에너지저장시스템 ESS는 무엇인가? 하지만 신재생 에너지 발전설비는 계절, 지역 및 기후변화 등 주변 환경에 따라 출력 변동성이 심하다.그렇기 때문에 신재생 에너지의 안정적인 전력 공급을 위해서는 생산된 전력을 저장하였다가 필요한 시기에 전력을 선택적․효율적으로 사용하여 에너지 효율을 극대화시키는 에너지저장시스템(energystorage system, ESS) 개발이 필수적이다. 특히, 대규모 태양광 및 풍력 발전 단지에서는 양수발전이나 플라이휠을 사용하기보다 대용량 2차 전지를 사용하는 배터리 에너지저장시스템(battery energystorage system, BESS)이 사용되고 있다4).
친환경적인 태양광, 풍력과 같은 신재생 에너지의 문제점은 무엇인가? 이에 따른 전력 부족현상을 해결하기 위해서 전 세계적으로 친환경적인 태양광, 풍력과 같은 신재생 에너지에 대한 투자가 증가하고 있다1-3). 하지만 신재생 에너지 발전설비는 계절, 지역 및 기후변화 등 주변 환경에 따라 출력 변동성이 심하다.그렇기 때문에 신재생 에너지의 안정적인 전력 공급을 위해서는 생산된 전력을 저장하였다가 필요한 시기에 전력을 선택적․효율적으로 사용하여 에너지 효율을 극대화시키는 에너지저장시스템(energystorage system, ESS) 개발이 필수적이다.
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참고문헌 (21)

  1. M. Beaudin, H. Zareipour, A. Schellenberglabe, and W. Rosehart, "Energy storage for mitigating the variability of renewable electricity sources: an updated review", Energy for Sustainable Development, Vol. 14, No. 4, 2010, pp. 302-314. 

  2. H. Ibrahim, A. Ilinca, and J. Perron, "Energy storage systems-characteristics and comparisons", Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 12, No. 5, 2008, pp. 1221-1250. 

  3. W. F. Pickard, A. Q. Shen, and N. J. Hansing, "Parking the power: Strategies and physical limitations for bulk energy storage in supply-demand matching on agrid whose input power is provided by intermittent sources", Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vo. 13, No. 8, 2009, pp. 1934-1945. 

  4. C. S. Jin, "Battery for Large Scale Energy Storage". KIC News, Vol. 13, No. 2, pp. 23-29. 

  5. M. Wakihara, "Recent developments in lithium ion batteries", Materials Science and Engineering, Vol. 33, No. 4, 2001, pp. 109-134. 

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  8. S. A. Khateeb, S. Amiruddin, M. Farid, J. R. Selman, and S. Al-Hallaj, "Thermal management of Li-ion battery with phase change material for electric scooters: experimental validation", Journal of Power Sources, Vol. 142, No. 1, 2005, pp. 345-353 

  9. I. Hadjipaschalis, A. Poullikkas, and V. Efthimiou, "Overview of current and future energy storage technologies for electric power applications", Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 13, No. 6, 2009, pp. 1513-1522. 

  10. R. Mahamud and C. W. Park, "Reciprocating air flow for Li-ion battery thermal management to improve temperature uniformity", Journal of Power Sources, Vol. 196, No. 13, 2011, pp. 5685-5696. 

  11. X. Li, F. He, and L. Ma, "Thermal management of cylindrical batteries investigated using wind tunnel testing and computational fluid dynamics simulation", Journal of Power Sources, Vol. 238, 2013, pp. 395-402. 

  12. T. Wang, K. J. Tseng, J. Zhao, and Z. Wei, "Thermal investigation of lithium-ion battery module with different cell arrangement structures and forced air-cooling strategies", Applied Energy, Vol. 134, 2014, pp. 229-238. 

  13. A. A. Pesaran, "Battery Thermal Management in EVs and HEVs: Issues and Solutions", National Renewable Energy Laboratory, Vol. 43, No. 5, pp. 34-49. 

  14. J. T. Kim, C. H. Chi, and T. J. Cho, "A Study for the Temperature Distribution of the inner flow in the ESS Container", Journal of Korean Society of Mechanical Technology, Vol. 16, No. 6, 2014, pp. 1989-1994. 

  15. J. H. Nam, "High Power Li Battery Pack and Battery Management System for Electric Bike", The Korean Institute of Electrical Engineers, Vol. 2009, No. 7, pp. 1217-1218. 

  16. Q. Wang, P. Ping, X. Zhao, G. Chu, J. Sun, and C. Chen, "Thermal runaway caused fire and explosion of lithium ion battery", Journal of Power Sources, Vol. 208, 2012, pp. 210-224 

  17. J. Vetter, P. Novak, M. R. Wagner, C. Veit, K. C. Moller, J. O. Besenhard, and A. Hammouche, "MR Wagner. Ageing mechanisms in lithium-ion batteries", Journal of Power Sources, Vol. 147, No. 1, 2005, pp. 269-281. 

  18. G. Sarre, P. Blanchard, and M. Broussely, "Aging of lithium-ion batteries", Journal of Power Sources, Vol. 127, No. 1, 2004, pp. 65-71. 

  19. B. J. Lee, G. J. Choi, S. H. Lee, Y. M. Jeong, Y, Park, and D. U. Cho, "A Study on Explosion and Fire Risk of Lithium-Ion and Lithium-Polymer Battery". The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences, Vol. 42, No. 4, 2017, pp. 855-863. 

  20. P. Cicconi, M. Germani, and D. Landi, "Modeling and thermal simulation of a PHEV battery module with cylindrical LFPells", Universita Politecnica delle Marche, Italy, YEAR. 

  21. S. Mathewson, "Experimental Measurements of LiFePO4 Battery Thermal Characteristics", Scott Mathewson, Canada, 2014. 

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