[논문]Formation pattern 연구를 통한 AGM 연축전지의 충전 효율 향상

김성준; 손정훈; 김봉구; 정연길

doi:10.6111/jkcgct.2021.31.1.055

Formation pattern 연구를 통한 AGM 연축전지의 충전 효율 향상
Improvement of charging efficiency of AGM lead acid battery through formation pattern research 원문보기

한국결정성장학회지 = Journal of the Korean crystal growth and crystal technology, v.31 no.1, 2021년, pp.55 - 62

김성준 (세방전지(주)) , 손정훈 (창원대학교 신소재공학과) , 김봉구 (창원대학교 소재융합시스템공학과) , 정연길 (창원대학교 신소재공학과)

초록
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CO2 가스 발생 감소와 연비향상을 위해서 HEV 차량은 ISG 시스템을 채용하고 있다. 이 ISG 시스템은 배터리가 감당해야 하는 전기 부하를 증대시켰고, 시동 횟수도 급격히 늘어나게 하였다. 이를 위해 AGM 연축전지가 개발되어 사용되고 있으나, 종래의 연축전지에 비해서 formation 중 전해액량 조절이 더 높은 수준으로 유지해야 됨에 따라 충전시간이 약 3배 가량 길어지게 되었다. 본 연구에서는 formation pattern의 최적화를 통해서 충전효율을 증대시켜 충전시간을 단축하고자 하였다. formation pattern의 최적화를 위해서, 16개 multi step에 10개 충전 step과 6개의 방전 step을 적용하고, step별 충전 전류를 조절한 4가지 조건(21 hr, 24hr, 27 hr, 30 hr)으로 시험을 진행하였다. 그 결과 24 hr 시험 조건이 PbO2 변환율이 가장 높게 분석되었고, 용량 103.3 %, 저온시동성능 38 sec, 충전수입성 37.36 A로 나타났다. Multi-step과 방전 step을 적용한 충전 프로그램의 결과, 충전 중에 국부적으로 급격히 발생된 분극화를 제거하고 전류의 손실을 최소함으로써 충전효율을 증가시킬 수 있음을 검증하였다. 이렇게 충전효율을 증가시킴으로써 본 연구에서는 충전시간을 기존에 비해서 약 30 % 감소시키는 탁월한 결과를 얻을 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

In order to improve fuel economy and reduce CO2, HEV adopts ISG system as a standard. This ISG system increased the electric load that the battery had to bear, and the number of starting increased rapidly. AGM Lead Acid batteries have been developed and used, but the charging time is about three times longer as the electrolyte amount control during formation must be maintained at a higher level compared to conventional lead-acid batteries. In this study, we tried to shorten the charging time by increasing the charging efficiency through the optimization of the formation pattern. In order to optimize the Formation Pattern, 10 charging steps and 6 discharging steps were applied to 16 multi steps, and the charging current for each step was controlled, and the test was conducted under 4 conditions (21 hr, 24 hr, 27 hr, 30 hr). As a result of simultaneous application of multi-step and discharge step, it was verified that minimizing the current loss and eliminating the sudden polarization during charging contributes to the improvement of charging efficiency. As a result, it showed excellent results in reducing the charging time by about 30 % with improved charging efficiency compared to the previous one.

주제어

표/그림 (19)

그림 Fig. 1. The manufacturing process of AGM battery.
그림 Fig. 2. AGM lead acid battery.
표 Table 1 Formation condition (Pause vs Discharge)
표 Table 2 Formation condition according charging time
표 Table 3 Test sequence and method
그림 Fig. 4. SEM images of positive & negative active material after formation; (A) Pause step, Positive A.M (B) Discharge step, Positive A.M, (C) Pause step, Negative A.M, and (D) Discharge step, Negative A.M.
그림 Fig. 3. Temperature & voltage behavior during formation of batteries; (A) Pause step, (B) Discharge step.
표 Table 4 Components of positive A.M after formation
표 Table 5 Components of negative A.M after formation
그림 Fig. 5. Temperature behavior during formation of batteries; (A) 30 hr formation, (B) 27 hr formation, (C) 24 hr formation, (D) 21 hr formation.
그림 Fig. 6. SEM images of positive active material after formation; (A) 30 hr formation, (B) 27 hr formation, (C) 24 hr formation, (D) 21 hr formation.
표 Table 6 Components of positive A.M after formation
표 Table 7 Components of negative A.M after formation
그림 Fig. 7. SEM images of negative active material after formation; (A) 30 hr formation, (B) 27 hr formation, (C) 24 hr formation, (D) 21 hr formation.
그림 Fig. 8. Voltage behavior during 20 hr capacity test of batteries; (A) 30 hr formation, (B) 27 hr formation, (C) 24 hr formation, (D) 21 hr formation.
그림 Fig. 9. Voltage behavior during -18 ºC CCA test of batteries; (A) 30 hr formation, (B) 27 hr formation, (C) 24hr formation, (D) 21 hr formation.
그림 Fig. 10. Voltage behavior during -30 ºC CCA test of batteries; (A) 30 hr formation, (B) 27 hr formation, (C) 24hr formation, (D) 21 hr formation.
그림 Fig. 11. Charging current behavior during charge acceptance test of batteries; (A) 30 hr formation, (B) 27 hr formation, (C) 24hr formation, (D) 21 hr formation.
그림 Fig. 12. Voltage behavior during SBA S0101 life cycle test of batteries; (A) 30 hr formation, (B) 27 hr formation, (C) 24hr formation, (D) 21 hr formation.

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용어 설명 출처 목록 (6)

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