초록 ▼

□연구개발 목표
본 과제의 연구 목표는 우주용 리튬이온 배터리 셀 선택 및 스크리닝 알고리즘을 제안하는 것으로서, 이를 통해 인공위성의 전력 공급원인 배터리 시스템의 효율적인 운용을 도모하고자 한다. 본 과제에서 사용되는 배터리 셀은 국산화 및 고용량 원통형을 원칙으로 하며, 배터리 시스템이 요구하는 용량과 충전 종지전압, 그리고 성능조건에 부합하는 직병렬조합 배터리 시스템 최적 설계를 목표로 한다. 전기화학적 특성이 유사한 셀을 사전에 선별하는 스크리닝 기법 및 선택된 셀의 물리적, 전기적, 화학적, 안정성 실험을 통한 우주

□연구개발 목표
본 과제의 연구 목표는 우주용 리튬이온 배터리 셀 선택 및 스크리닝 알고리즘을 제안하는 것으로서, 이를 통해 인공위성의 전력 공급원인 배터리 시스템의 효율적인 운용을 도모하고자 한다. 본 과제에서 사용되는 배터리 셀은 국산화 및 고용량 원통형을 원칙으로 하며, 배터리 시스템이 요구하는 용량과 충전 종지전압, 그리고 성능조건에 부합하는 직병렬조합 배터리 시스템 최적 설계를 목표로 한다. 전기화학적 특성이 유사한 셀을 사전에 선별하는 스크리닝 기법 및 선택된 셀의 물리적, 전기적, 화학적, 안정성 실험을 통한 우주 인증 절차(cell qualification)를 수립한다. 이를 바탕으로 설계된 배터리 시스템의 전기적 등가회로 모델링(electrical circuit modeling; ECM) 기반 충전상태(state-of-charge; SOC) 및 수명상태(state-of-health; SOH) 정보를 확보한다. 신뢰성(reliability) 시험으로부터 극한 조건에서의 배터리 시스템 운용을 보장하며, 예기치 않은 인공위성의 고장 발생 시, 이의 진단 기법(failure modes, effects, and critically analysis; FMECA)을 추가로 연구한다.

□연구개발 내용
본 연구의 세부내용은 다음과 같다. 우선, 인공위성의 전력 공급원인 배터리 시스템을 위한 최적의 리튬이온 셀을 선택한다. 장시간 전력 및 배터리 시스템의 국산화를 위해서 최종적으로 고용량 원통형 리튬이온 셀을 선택하며, 설계되는 배터리 시스템의 제원(용량 및 충전 종지전압) 및 성능 조건을 만족하는 최적의 직병렬조합을 사전에 구성하고 이의 특성실험을 실시한다. 배터리 시스템 설계 시, 시스템 내부의 배터리 셀 간 발생할 수 있는 전압 및 SOC 불균형 시작을 최대한 늦추고 이의 감소를 위해 스크리닝 알고리즘을 제안하고 이를 구현한다. 기본 특성실험을 통한 스크리닝 기본 인자 외, 중요 인자 추출을 위한 추가 전기화학적 특성실험 및 이의 세부 분석을 실시하여 정교함을 높인다. 선택된 고용량 리튬이온 셀을 토대로 물리적, 전기적, 화학적, 안정성 실험으로부터 리튬이온 셀의 우주 인증 절차를 수립함으로써 배터리 시스템의 신뢰성을 확보한다. 설계된 배터리 시스템의 충전상태 및 수명상태의 주기적 모니터링을 위한 전기적 등가회로 모델링 기반 SOC/SOH 추정알고리즘 연구를 통해 배터리 시스템 중간 SOC 영역(partial SOC)에서의 운용 및 장시간 수명을 확보할 수 있는 방안을 강구한다. 등가회로 모델 적용은 곧 적응제어 기반의 알고리즘을 의미하나, 인공위성 탑재 및 이의 전류프로파일 특성 상, 복잡한 SOC/SOH 추정알고리즘이 아닌 전류적산법 및 용량정보를 토대로 간단히 구현될 수 있다(변동가능). 신뢰성 시험을 통해 극한 조건에서의 배터리 시스템 운용을 보장하며, 예기치 않은 고장 발생 시, 이를 잘 진단할 수 있는 기법 FMECA를 연구 및 적용하여 인공위성의 효율성을 더욱 높인다.

□활용계획 및 기대효과(응용분야 및 활용범위 포함)
인공위성을 위한 고용량 리튬이온 배터리 셀 선택 및 안정적인 직병렬조합 구성을 취한 스크리닝 기법을 제안함으로써 배터리 시스템의 효율적 동작을 기대할 수 있다. 기본 특성실험을 통한 실험데이터 외에 스크리닝 중요 인자를 위한 다양한 전기화학적 특성실험을 실시하여 이의 정교성을 더욱 높일 수 있다. 스크리닝 기법을 통해 정지궤도위성, 차세대소형 및 중형위성, 과학기술위성, 달 탐사위성에 적합한 최적의 배터리 시스템 설계가 가능하며, 해당연구를 위해 고려된 리튬이온 배터리 셀 및 시스템의 국산화를 통해 국내의 리튬이온 배터리 관련기업의 이미지 상승 제고의 효과도 더해질 것이다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1요 약 문 ... 2연구 분야 ... 3보안 등급의 분류 및 결정사유 ... 3목차 ... 41. 연구개발 목표 및 평가주안점별 성과 ... 5 1-1. 연구개발 목표 ... 5 1-2 평가주안점별 성과 ... 6 1-3. (해당 시) 연구개발 목표 및 주요내용 변경사항 ... 8 1-4. 선정/단계/연차점검의견 ... 82. 추진내용 및 연구개발결과 ... 9 2-1. 추진내용 및 연구개발결과 ... 9 2-2. 추진 일정 실적 ... 111첨부1 연구개발 목표의 달성도 증빙 ... 114끝페이지 ... 125