초록 ▼

□연구개요
- 리튬이온전지는 5~45℃에서 정상적으로 작동하고 5℃ 이하에서는 충전은 되지만 충전전류가 감소하고, 45℃이상에서는 열화가 발생하여 전지의 성능을 저하
- 보호회로가 손상되면 폭발의 위험성도 존재하기 때문에 최고의 효율을 나타내는 적정온도(20~25℃)를 유지하는 것이 대단히 중요
- ESS의 대형화에 따른 시스템 내부의 열관리가 중요해지고, 이에 필요한 소비전력도 커져 저전력 고효율의 냉각시스템 개발이 필요
- 열유동 해석 및 시뮬레이션을 통하여 설계의 안정성을 높이고 다양한 환경에서의 열적 거

□연구개요
- 리튬이온전지는 5~45℃에서 정상적으로 작동하고 5℃ 이하에서는 충전은 되지만 충전전류가 감소하고, 45℃이상에서는 열화가 발생하여 전지의 성능을 저하
- 보호회로가 손상되면 폭발의 위험성도 존재하기 때문에 최고의 효율을 나타내는 적정온도(20~25℃)를 유지하는 것이 대단히 중요
- ESS의 대형화에 따른 시스템 내부의 열관리가 중요해지고, 이에 필요한 소비전력도 커져 저전력 고효율의 냉각시스템 개발이 필요
- 열유동 해석 및 시뮬레이션을 통하여 설계의 안정성을 높이고 다양한 환경에서의 열적 거동 데이터베이스의 구축이 반드시 필요
- Tray 및 Rack의 제한된 공간에서 공기의 유동을 방해하는 요인들이 많아 구조변경을 통한 최적 냉각기구 설계가 반드시 필요

□연구 목표대비 연구결과
* 1차년도 연구 목표: 열유동 해석을 위한 기초자료를 얻기 위해 주변온도와
충방전률(C-rate)의 변화에 대한 리튬이온전지의 충, 방전시 온도변화측정 및 열특성을 평가
<1차년도 주요 연구 결과>
- 리튬이온전지 단셀의 방전시 온도센서와 적외선 열화상 카메라를 이용하여 온도변화 측정 및 열특성 평가
- 케이스 내부에 위치한 모듈의 전지 간 간격에 대한 냉각효과 측정
- 실측정 데이터를 적용한 배터리 모델링 및 열해석 수행
* 2차년도 연구 목표: 주변온도와 충방전률의 변화에 대한 Tray와 Rack내부 온도를 온도센서 및 열화상 카메라를 이용하여 측정하고 열유동 해석
2차년도 주요 연구 결과>
- Tray 내부의 각 Cell에 대한 온도 측정을 통해 각 Cell별 온도 불균형 확인
- ESS Rack Full Model의 열유동 해석을 통해 Tray의 위치, Cell의 위치에 따른 온도 불균형의 정도를 확인
- Rack의 급배기 개선을 통해 각 Cell의 온도 불균형 및 Cell의 냉각 효율이 크게 변화함을 확인
* 3차년도 연구 목표: ESS Rack의 Full Model에 대한 전산 열유체 해석을 통해 ESS Rack 내부의 냉각효과 향상을 위한 최적의 냉각기구 설계
<3차년도 주요 연구 결과>
- Rack Main 급배기가 Mixing Ventilation인 4가지 급배기 방식에 대해 Full Model의 전산 해석 수행
- Rack Main 급기 풍량과 Tray의 풍량의 증가에 따른 냉각효과를 분석하였고, 풍량이 1,000CMH 이상이 되는 조건부터는 냉각에 걸리는 시간이 어느 정도 수렴을 하는 결과를 확인

□연구개발결과의 중요성
- 실험 및 해석 결과는 새로운 디자인의 ESS를 설계할 때 열관리에 관한 기초자료로 사용
- 전지의 열특성 뿐만 아니라 ESS의 대형화에 따른 저장장치의 열유동에 대한 연구도 확립될 수 있음
- 중동이나 동남아시아와 같이 50℃이상의 나라로의 수출을 위한 저장장치의 냉각시스템 구축에 효과적인 데이터 제공
- 전지의 발열에 대해 연구함으로써 열폭주(thermal runaway)현상을 미연에 방지하여 대용량 ESS의 안전성 확보.
- ESS의 가동 중 문제가 발생한 전지를 쉽고 정확하게 판단할 수 있는 진단시스템 개발하는데 자료로써 사용될 수 있음.
- In-situ 관리체계를 구축하기 위한 시뮬레이션 및 데이터베이스 작성이 필요하며, 이는 앞으로 업체에서는 전지공급 뿐만 아니라 서비스제공 차원에 있어 강력한 이점으로 작용될 것으로 예상

(출처 : 요 약 문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 3
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 3
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 5
• 4. 참고문헌 ... 6
• 5. 연구성과 ... 7
• 끝페이지 ... 7