초록 ▼

□ 연구개요
4차 산업혁명으로 신재생에너지, 전기자동차와 드론 그리고 퍼스널 모빌리티와 같은 산업의 성장으로 배터리 사용량이 증가하였다. 이에 따라 배터리의 사고 및 시스템 안정성에 관한 문제로 배터리 잔존용량확인의 중요성이 대두되었다. 배터리의 잔존용량을 정확하게 측정하지 못하면 배터리의 과방전 및 과충전 등 제어할 수 없는 상황으로 인해 사고가 발생한다. 따라서 이러한 사고를 방지하기 위해 배터리 잔존용량(State of Charge, SOC), 배터리의 잔존수명(State of Health, SOH)을 측정하는 기술이 필

□ 연구개요
4차 산업혁명으로 신재생에너지, 전기자동차와 드론 그리고 퍼스널 모빌리티와 같은 산업의 성장으로 배터리 사용량이 증가하였다. 이에 따라 배터리의 사고 및 시스템 안정성에 관한 문제로 배터리 잔존용량확인의 중요성이 대두되었다. 배터리의 잔존용량을 정확하게 측정하지 못하면 배터리의 과방전 및 과충전 등 제어할 수 없는 상황으로 인해 사고가 발생한다. 따라서 이러한 사고를 방지하기 위해 배터리 잔존용량(State of Charge, SOC), 배터리의 잔존수명(State of Health, SOH)을 측정하는 기술이 필수적이다. 그러므로 본 연구개발은 지능이론기반의 배터리 잔존용량예측 및 배터리의 잔존수명 예측 알고리즘의 개발을 목표로 수행하였다. 이를 위해서 본 연구에서는 현재 가장 많이 사용되고 있는 리튬 배터리와 납축전지를 사용하여 실험을 진행하였다. 특히 배터리 종류마다 충전 및 방전특성이 다르며 같은 종류, 같은 용량의 배터리일지라도 다양한 원인에 의해 충전 및 방전속도가 달라진다. 따라서 납축전지 및 리튬 배터리에 대한 비선형적 특성을 학습하기 위하여 지능이론기반 알고리즘의 적용이 필요하다. 그러므로 본 연구에서는 알고리즘의 개발 및 성능 검증을 위한 실험 환경을 구축하여 데이터를 획득하였으며, 이를 이용하여 인공신경회로망 기반의 배터리 SOH 방법과 배터리 SOC 추정 알고리듬을 개발하였다. 또한 두 기능을 동시에 수행할 수 있는 알고리즘도 개발하였으며, 실험을 통해 개발한 알고리즘의 성능을 검증하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구개발을 시작하기 전 세웠던 연구목표는 간략하게 다음과 같다.
- 배터리 상태 판별을 위한 특징 데이터 추출 및 데이터 전처리 과정 연구
- 인공신경회로망 및 딥러닝을 이용한 배터리 상태 모니터링(SOH) 방법과 배터리의 잔존용량(SOC) 추정 알고리듬을 개발
- 개발한 알고리즘의 성능 검증을 위한 실험 환경 구축 및 이를 통한 성능검증
- 실험을 통한 배터리의 SOC 및 SOH 그리고 배터리 상태 예측 및 정확도 검증
본 연구에서 제시한 목표는 100% 달성하였다. 즉, 본 과제를 통해서 리튬 배터리의 신경회로망(Neural Network)을 이용한 잔존용량(SOC)추정 알고리듬, 신경회로망과 내부저항(Internal resistance)을 이용한 배터리 상태모니터링(SOH) 알고리듬을 개발하였다, 또한 배터리의 SOC와 SOH를 온라인으로 동시에 추정하는 알고리듬도 개발하였다. 이와 관련연구실적은 SCIE저널 논문 1편, SCOPUS 저널 1편과 연구재단등재지에 논문1편을 게재하였고,국제학술대회에서 3편 및 국내학술대회에서 1편의 논문을 발표하였고, 특히 국제학술대회에서 Best Conference Paper Award를 수상하였다. 또한 특허출원 1건 및 본 연구결과로 석사학위 1명을 배출하였으며 박사과정에 진학하여 본 연구를 계속 수행한다.

□ 연구개발결과의 중요성
본 과제에서 수행한 연구결과는 드론, 자율자동차, 퍼스널 모빌리티, 배터리를 사용하는 독립형 가로등과 같이 배터리를 사용한 모든 분야의 시스템 안정성 증대 및 사고방지를 위해 수요가 크게 증가하리라 기대된다. 그러므로 본 연구에서 개발한 배터리의 SOC와 SOH 추정 알고리듬 기술은 배터리의 BMS(battery management system) 기술의 개발을 위해서도 반드시 필요하며 이를 활용한다면 좋은 BMS 알고리즘 개발이 가능할 것으로 기대한다. 또한 본 연구를 통해 개발된 SOC 및 SOH 알고리즘은 독립된 불량 검사 모듈 형으로 개발 및 제작하여 실제 시스템에 대한 현장테스터를 거친 뒤 기업화 또는 기술이전을 통해 제품화를 추진할 수 있을 것으로 기대한다.
또한 본 연구 수행을 통해 얻어진 결과들은 드론, 자율자동차, 로봇, 퍼스널 모빌리티, 배터리를 사용하는 독립형 가로 등 뿐만 아니라 배터리를 사용하는 농업, 임업, 원예업, 각종 산업 시스템 등에 광범위하게 응용될 수 있을 것으로 기대한다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 3
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• 2.1 SOC 연구 1: 리튬 배터리의 SOC 추정 ... 5
• 2.2 SOC 연구2: 납축전지의 SOC 추정 ... 6
• 2.3 SOH 연구결과 1 ... 8
• 2.4 SOH 연구 2: 내부저항과 MNNSC를 이용한 추정 ... 11
• 2.5 SOC 및 SOH 동시 추정 연구 ... 13
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 15
• 4. 참고문헌 ... 15
• 5. 연구성과 ... 17
• 끝페이지 ... 18