초록 ▼

□ 연구개요
배터리의 장기간 열화에 의한 기계적 동특성 변이 기반 수명예측 모델 개발 관련 연구는 전무함으로 기계적 동특성 변이를 이용한 전기자동차용 리튬이온 배터리 열화 현상 및 용량 변이 예측모델 및 수명예지 기법 개발하여 배터리의 이용효율 향상에 큰 기여를 할 수 있다고 사료됨.
▶ 1차년도: 리튬이온 배터리 열화 시험을 통한 동특성 변이 데이터 취득
▶ 2차년도: 열화 시험 측정 데이터 기반 리튬이온 배터리 기계적 동특성 예측 모델 개발
▶ 3차년도: 기계적 동특성 모델 기반 리튬이온 배터리 수명예지 기

□ 연구개요
배터리의 장기간 열화에 의한 기계적 동특성 변이 기반 수명예측 모델 개발 관련 연구는 전무함으로 기계적 동특성 변이를 이용한 전기자동차용 리튬이온 배터리 열화 현상 및 용량 변이 예측모델 및 수명예지 기법 개발하여 배터리의 이용효율 향상에 큰 기여를 할 수 있다고 사료됨.
▶ 1차년도: 리튬이온 배터리 열화 시험을 통한 동특성 변이 데이터 취득
▶ 2차년도: 열화 시험 측정 데이터 기반 리튬이온 배터리 기계적 동특성 예측 모델 개발
▶ 3차년도: 기계적 동특성 모델 기반 리튬이온 배터리 수명예지 기술 개발

□ 연구 목표대비 연구결과
▶ 1차년도:
1) 부피변화 측정 정확도 3 μm 이내인 0.1 μm 정확도 측정, 그리고 힘변화 측정 정확도인 10 N 이내인 0.3 N 정확도로 측정 가능한 테스트베드 구현
2) 무하중 25 ℃, 15 ℃, 35 ℃ 부피변화 측정 기반 열화시험, 25 ℃ 1300 N 2900 N 하중 조건에서 힘변화 측정 기반 열화시험 진행을 통한 데이터 베이스 구축
▶ 2차년도:
1) 데이터 후처리를 통하여 배터리 열화 및 성능감소, 전기화학적 동특성, 그리고 기계적 동특성 간의 상관관계를 규명
2) 배터리 건전성 예지를 위한 배터리의 힘 거동을 추정하는 힘 추정 모델 개발 달성
▶ 3차년도:
1) 힘추정 모델 기반 SOH를 예측 결과, 불확도 약 4 % 건전성 예지 모델 개발 달성
2) 수명예지 기법 기반 약 5 % 불확도의 배터리 충전율 예측 모델 개발 달성
3) 배터리의 수명예지 모델 검증을 위해 다양한 SOH, SOC 운용 조건에서 모델 성능 평가

□ 연구개발결과의 중요성
본 연구에서 배터리의 명확한 전기화학적, 기계적 동특성 규명 및 열화현상에 대한 동특성 변이 분석을 통해 배터리의 현상학적 힘 추정 모델을 개발함으로 기존 충전율(SOC) 및 건전성(SOH) 평가 기법에서 10 %, 20 % 이상의 불확도를 약 5 %, 4 % 까지 감소시킴. 이는 배터리 수명율 및 건전성 예측의 정확도를 높임으로 배터리셀의 상태감시, 고장진단에 신뢰성을 향상시킴으로 전기자동차 배터리 운용 신뢰성 및 안전성을 향상 가능.
또한 다양한 SOH 및 SOC 조건에서의 모델 검증을 통해 강건성을 확보함으로 SOC 영역 확대, 배터리 수명 최대화 등이 가능한 자동차 배터리 시스템의 최적 운용 전략 설계에 적용하여 전기자동차 배터리 시스템의 효율성을 향상 시킬 수 있을 것이라고 사료됨.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1.1 연구의 필요성 ... 4
• 1.2 연구 목표 ... 5
• 1.3 연구 내용 ... 5
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 6
• 2.1 리튬이온 배터리 열화 시험을 통한 동특성 변이 데이터 취득 ... 6
• 2.1.1 기계적 동특성 측정을 위한 테스트 베드 구축 ... 6
• 2.1.2 다양한 운전 조건에서 데이터베이스 구축 ... 22
• 2.2 열화시험 측정 데이터 기반 리튬이온 배터리 기계적 동특성 예측 모델 개발 ... 40
• 2.2.1 측정 데이터 후처리를 통한 측정 인자와 배터리 열화도 상관관계 규명 ... 40
• 2.2.2 특징인자 기반 리튬이온 배터리의 열화에 따른 힘 추정 모델 개발 ... 46
• 2.3 기계적 동특성 모델 기반 리튬이온 배터리 수명예지 기술 개발 ... 51
• 2.3.1 기계적 동특성 변이 모델 기반 배터리 수명예지 및 건전성 평가 기술 개발 ... 51
• 2.3.2 수명예지 기법 기반 배터리 충전율 예측 모델 개발 및 다양한 조건에서 검증 ... 52
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 54
• 4. 참고문헌 ... 54
• 5. 연구성과 ... 55
• 끝페이지 ... 56