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배터리 팩 간의 순환전류 방지를 위한 양방향 DCDC 컨버터 연구

Study of bidirectional DCDC converter to prevent circulating current between battery packs

전기전자학회논문지 = Journal of IKEEE, v.23 no.2, 2019년, pp.695 - 703  

이승현 (Dept. of Information Control Engineering, Hoseo University) ,  주성준 (Dept. of Digital Control Engineering, Hoseo University)

초록
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본 논문에서는 배터리 팩을 구성하는데 있어 높은 전압의 직렬 연결된 배터리 모듈의 병렬 연결에서 발생할 수 있는 순환 전류를 제거하는 방법을 제시하였다. 제거 방법은 배터리 팩의 구성상에 있어서 양방향 DCDC 컨버터와 슈퍼 캐패시터를 이용한 VVSM(Variable Voltage Variable Module)이라고 명명한 모듈을 직렬 연결된 배터리 셀들 중 하나 대신에 삽입하는 방식인데 VVSM은 이 모듈에서 마치 우리가 원하는 전압으로 제어할 수 있는 배터리 셀처럼 동작한다. 전압을 가변할 수 있는 배터리 셀(VVSM)을 이용하여 직렬 연결된 배터리 모듈의 전압을 아주 손쉽게 일치시킬 수 있었다. 제시한 방법을 증명하기 위해 배터리를 모형화한 모델을 이용하여 모의 실험을 시행 하였다. 또한 직렬 연결된 배터리 셀 만으로 된 모듈과 제안한 VVSM이 적용된 모듈을 실제 제작하여 두 모듈을 병렬 연결하여 둘 사이에 순환 전류를 측정하여 비교함으로써 제안된 방법이 효과적으로 순환 전류을 억제할 수 있음을 검증하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we propose a method to remove the circulating current which can occur in the parallel connection of the high voltage series connected battery module in the battery pack. The removal way is a method of inserting a module named VVSM (Variable Voltage Variable Module) using bidirectional...

주제어

표/그림 (23)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 배터리 병렬 구조에서 SOH 특성차이로 인하여 급속한 방전 또는 충전에서 발생할 수 있는 배터리 모듈 내부의 순환 전류가 발생할 수 있음을 모의실험과 실험으로 증명하였다. 이러한 순환 전류는 배터리 모듈의 수명을 급격히 떨어뜨리게 된다.
  • 이러한 순환 전류는 배터리 모듈의 수명을 급격히 떨어뜨리게 된다. 본 논문에서는 이러한 순환 전류를 획기적으로 제거하기 위하여 VVSM(Variable Voltage Storage Module)이라고 하는 슈퍼 캐패시터와 배터리 셀을 양방향 DCDC로 연결한 구조를 제안하였다. 직렬 셀로 구성된 배터리 모듈의 출력단에 VVSM의 출력인 슈퍼 캐패시터가 직렬로 연결되고 슈퍼 캐패시터의 전압을 제어하여 병렬 연결된 모듈들 간의 전압 차이를 제거하게 된다.
  • 직렬 셀로 구성된 배터리 모듈의 출력단에 VVSM의 출력인 슈퍼 캐패시터가 직렬로 연결되고 슈퍼 캐패시터의 전압을 제어하여 병렬 연결된 모듈들 간의 전압 차이를 제거하게 된다. 본 논문에서는 제시된 VVSM이 효과적으로 순환전류를 제거하였음을 실제 세트를 제작하여 증명하였다. 따라서 제시된 VVSM이 실제 동력 전지에 사용이 될 경우 동력전지의 수명을 늘릴 수 있음을 보였다.
  • 본 연구에서는 이처럼 순환전류의 원인이 되는 병렬 연결된 배터리 모듈 간의 전압 차이를 보상하기 위해 배터리 모듈에 직렬로 전압을 가변 할 수 있는 모듈을 삽입하여 두 모듈간의 전압을 맞춤으로써 병렬연결 시 나타날 수 있는 순환전류를 제거할 수 있는 방법을 제안하였다
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
본 논문에서 순환전류의 원인을 해결하기 위해 어떤 방법을 제안하였는가? 본 연구에서는 이처럼 순환전류의 원인이 되는 병렬 연결된 배터리 모듈 간의 전압 차이를 보상하기 위해 배터리 모듈에 직렬로 전압을 가변 할 수있는 모듈을 삽입하여 두 모듈간의 전압을 맞춤으로써 병렬연결 시 나타날 수 있는 순환전류를 제거할 수 있는 방법을 제안하였다
리튬 이온 배터리는 어느 분야에서 사용되고 있는가? 2차 전지인 리튬 이온 배터리는 높은 에너지 저장 밀도를 가지며 에너지 저장 장치 및 전기 자동차 분야에 사용되고 있다. 본 논문 실험에 사용된Samsung ICR18650-22F 배터리 하나의 정격 용량은 3.
배터리의 오랜 사용으로 인해 정격 용량이 변화가 될 때 배터리 모듈에서 어떤 현상이 발생하는가? 제거 방법은 배터리 팩의 구성상에 있어서 양방향 DCDC 컨버터와 슈퍼 캐패시터를 이용한 VVSM(Variable Voltage Variable Module)이라고 명명한 모듈을 직렬 연결된 배터리 셀들 중 하나 대신에 삽입하는 방식인데 VVSM은 이 모듈에서 마치 우리가 원하는 전압으로 제어할 수 있는 배터리 셀처럼 동작한다. 전압을 가변할 수 있는 배터리 셀(VVSM)을 이용하여 직렬 연결된 배터리 모듈의 전압을 아주 손쉽게 일치시킬 수 있었다. 제시한 방법을 증명하기 위해 배터리를 모형화한 모델을 이용하여 모의 실험을 시행 하였다.
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참고문헌 (6)

  1. Jae-Kwan Im,, Deok-Young Lim, Novie Ayub Windarko, Jaeho Choi, Gyo-Bum Chung "Electrical Modeling of Lithium-Polymer Battery," THE KOREAN INSTITUTE OF POWER ELECTRONICS, THE TRANSACTIONS OF KOREAN INSTITUTE OF POWER ELECTRONICS Vol.16, NO.2, pp.199-207, 2011. DOI: 10.6113/TKPE.2011.16.2.199 

  2. SAMSUNG SDI "ICR18650-22F DATASHEET" 

  3. Hyung-Teak Kim, Jin-Young Choi, Young-Gu Park "A Study on the Cycle Life of Large Capacity Lithium Batteries," Korea Society of Energy & Climate Change, Journal of Energy & Climate Change 13 Vol.13, No.2, pp.102-109, 2018. 

  4. Lijun Gao, Shengyi Liu, and Roger A. Dougal, "Dynamic Lithium-Ion Battery Model for System Simulation," IEEE, VOL.25, NO.3, pp.495-505, 2002. DOI: 10.1109/TCAPT.2002.803653 

  5. Kostiantyn Tytelmaier, Oleksandr Husev, Oleksandr Veligorskyi, Roman Yershov, "A review of non-isolated bidirectional dc-dc converters for energy storage systems," IEEE, 2016 II International Young Scientists Forum on Applied Physics and Engineering, 2016. DOI: 10.1109/YSF.2016.7753752 

  6. Junhong Zhang, Jih-Sheng Lai, Rae-Young Kim, Wensong Yu, "High-Power Density Design of a Soft-Switching High-Power Bidirectional dc-dc Converter," IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, VOL.22, NO.4, 2007. DOI: 10.1109/TPEL.2007.900462 

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