초록 ▼

□ 연구개요
본 연구에서는 고 정확도의 실시간 SOC 추정 알고리즘을 적용한 이중 능동 셀 밸런싱 방법을 개발하였음. 실제 배터리 충·방전 데이터 추출, 매틀랩 시뮬레이션, 20W급 셀 밸런싱 프로토타입 회로 제작을 통하여 제안된 방법의 성능을 시뮬레이션과 실험으로 검증하였으며 최종 연구 목표를 달성하였음
1-1. 1차년도에는 배터리 임피던스 특성함수를 반영한 확장칼만필터 기반의 SOC추정 알고리즘을 개발하였으며 SOC추정 정확도는 99.5%(목표 99%이상)이었음.
1-2. 2차년도에는 최적 스위치 매트릭스 구조를

□ 연구개요
본 연구에서는 고 정확도의 실시간 SOC 추정 알고리즘을 적용한 이중 능동 셀 밸런싱 방법을 개발하였음. 실제 배터리 충·방전 데이터 추출, 매틀랩 시뮬레이션, 20W급 셀 밸런싱 프로토타입 회로 제작을 통하여 제안된 방법의 성능을 시뮬레이션과 실험으로 검증하였으며 최종 연구 목표를 달성하였음
1-1. 1차년도에는 배터리 임피던스 특성함수를 반영한 확장칼만필터 기반의 SOC추정 알고리즘을 개발하였으며 SOC추정 정확도는 99.5%(목표 99%이상)이었음.
1-2. 2차년도에는 최적 스위치 매트릭스 구조를 가지는 이중 능동 셀 밸런싱 회로를 개발하였으며 이것의 밸런싱 속도 0.67(목표 0.8이하) 그리고 밸런싱 효율 99.5%(목표 99%이상)이었음.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구에서는 고 정확도의 실시간 SOC 추정 알고리즘을 적용한 이중능동 셀밸런싱 방법 개발을 최종목표로 하였으며 정성적, 정량적 연구 결과는 다음과 같음
2-1. 정성적 연구개발성과
- 세계 최고의 셀 밸런싱 방법을 개발을 목표로 최적 스위치 매트릭스 구조를 적용한 이중 능동 셀 밸런싱 회로와 배터리 임피던스 특성함수를 적용한 확장칼만필터를 개발하였으며 20W Prototype을 제작하여 성능을 검증하였음. 연구 결과 SOC추정정확도, 밸런싱 속도, 밸런싱 효율에서 개발 목표를 달성하였음.
2.2 정량적 연구개발성과
- 정량적 목표로 이중 능동 셀 밸런싱의 주요 성능 항목에 관한 정량적 목표 수치와 연구 결과의 성과물인 논문, 특허 등을 계획하였음
- SOC 추정 정확도의 목표는 99%이상이며 연구결과 99.25%로 초과 달성함
- 밸런싱 속도의 목표는 0.8이하이며 연구결과 0.67로 초과 달성함
- 밸런싱 효율의 목표는 99%이상이며 연구결과 99.5%로 초과 달성함
- 연구개발 성과물로 SCIE 2편, KCI 2편, 국내특허출원 2건, 국내특허등록 1건, 기술이전 1건, 석사 배출 1명이었으며 현재(2024.03) SCIE 1편, KCI 1편, 국내특허출원 1건, 국내특허등록 0건, 기술이전 0건, 석사 배출 1명 달성하였음. 제안된 능동 셀 밸런싱 회로의 성능 테스트에 필요한 리튬인산철배터리 모듈의 수급 문제로 연구 결과가 예상보다 늦게 도출되었음. 그에 대한 성과물인 논문, 특허, 기술 이전이 현재 진행 중에 있으며 2024년 하반기의 본과제의 성과입력기한내에 모든 목표를 달성할 수 있도록 최선을 다하겠음.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
3-1 연구과제의 활용방안
- 본 연구를 통해 배터리 임피던스 특성곡선을 반영한 개선된 확장칼만필터와 최적 스위치 매트릭스 구조를 적용한 이중 양방향 컨버터 기술을 개발하였으며 이는 세계 최고 수준의 능동 셀 밸런싱 원천기술이라고 사료 됨. 해당 기술은 차세대 배터리관리시스템(BMS)에 주요 기능으로 활용될 수 있음
3-2 연구과제의 기대효과
- 본 기술은 배터리 셀의 균등화를 통하여 개별 셀의 과열, 과충전, 과방전을 방지함으로써 배터리 모듈(팩)의 효율적 사용과 수명개선을 가능케 하여 전기자동차와 ESS등 중·대형 배터리 시장에 중요한 기술로 활용될 것으로 기대
- 특히, SOC 편차가 큰 배터리 셀들을 사용하는 폐배터리 산업에서는 매우 중요한 기술이 될 것임.
- 주력산업으로 발전하고 있는 배터리 산업에서 필요한 세계 최고 수준의 석·박사급 전문 인력 양성 되고 배출될 것임

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 연구개발의 목적 및 필요성 ... 4
• 2) 연구가설 및 도출근거 ... 4
• 3) 연구과제의 최종목표 ... 5
• 4) 연구범위 ... 6
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 12
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 12
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 14
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 14
• 6. 자체점검표 ... 14
• 7. 참고문헌 ... 15
• 끝페이지 ... 27