• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2018년도 전력전자학술대회
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• pp.225-227
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• 2018

일반적으로 리튬이온은 배터리들은 각 배터리마다 고유의 전기화학적 특성을 갖고 있으며 이러한 특성들로 인해서 직렬 또는 병렬로 패키징 되어서 팩으로 사용 될 때 각 셀 간의 전압 불균형이 발생하게 된다. 셀 벨런싱 회로 같은 셀 간 불균형을 회복시켜주는 기능이 없다면 배터리 팩 내의 셀 간 전압 불균형은 시간이 지남에 따라 더 커지게 되고 이는 배터리 팩의 노화를 가속 시키거나 배터리 팩의 성능을 저하시키는 원인이 된다. 이는 폐 리튬이온 배터리 팩을 재활용하는데 있어서도 반드시 고려해야하는 사항으로서 재활용 팩의 사용시간에 영향을 끼칠 수 있다. 위의 문제를 극복하기 위해서는 배터리 팩을 만들기 전에 스크리닝을 통해서 전기화학적 성분이 유사한 배터리들을 팩으로 만드는 것이 필요하다. 일반적으로 프레시 배터리의 용량은 거의 비슷하기 때문에 프레시 배터리 용량은 프레시 배터리를 스크리닝 하기 위한 많은 기준들 중에서 가중치가 크지 않지만 폐 리튬이온 배터리들은 각 배터리마다 고유의 전기화학적 특성을 갖을 뿐만 아니라 각 배터리마다 상이한 배터리 용량을 갖고 있기 때문에 각 배터리의 용량에 프레시 배터리를 스크리닝 할 때보다 큰 가중치를 두어 스크리닝 할 필요가 있다. 본 논문에서는 같은 전류 프로파일로 노화된 배터리 팩 내의 셀들의 전기화학적 특성을 분석하여 폐배터리 셀들을 재활용하기 위한 스크리닝 방법에 대해서 고찰한다.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2016년도 추계학술대회 논문집
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• pp.57-58
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• 2016

리튬이온 배터리는 다른 배터리들에 비해서 높은 전압과 큰 용량을 갖고 있지만 EV와 ESS에 사용되기 위해서는 아직도 다수의 배터리를 직, 병렬로 연결하여 팩으로 구성하여 사용할 필요가 있다. 이 때 팩을 구성하는 리튬이온 배터리들이 셀 스크리닝 기법을 통해서 분류가 된 배터리라고 하여도 표면적인 원인과 직렬조합 배터리팩의 구조에 따라서 온도편차가 발생 할 수 있다. 이 때 이 배터리 팩을 사용하는 시스템의 BMS가 위의 상황을 고려하지 않는다면 BMS의 SOC 추정 값을 신뢰 할 수 없을 것이다. 본 논문에서는 실험결과를 토대로 구조가 다른 배터리 팩을 기존의 BMS로 각각의 SOC를 추정해 보고 배터리 직렬조합 구조에 의한 배터리 팩의 표면온도를 비교 분석해 보려한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.146.1-146.1
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• 2010

최근 전력 수요의 증가와 지구 온난화 문제가 화두가 되면서 피크 전력관리와 스마트 그리드의 필요성이 강조되고 있다. 이들을 구현하기위해 반드시 필요한 것이 에너지 저장 시스템이다. 본 발표는 배터리 에너지 저장 시스템에 사용되는 능동형 셀 발란싱 기능을 갖는 배터리 관리 시스템에 관한 것이다. 전력 에너지 저장용 배터리는 원하는 전압과 전력을 저장하기위해 단전지(Cell)들을 보통 수천 개가 직렬 병렬로 연결되어 구성된다. 배터리팩을 구성하는 단전지 한 개의 용량이 다른 단전지 보다 크거나 작던지 또는 한 개의 단전지에 문제가 생기면 배터리팩 전체의 성능이 저하되든가 또는 사용 할 수가 없게 된다. 따라서 배터리팩을 구성 할 때는 용량이 동일 한 단전지들을 사용한다. 에너지 저장용 배터리팩에는 수백 와트의 단전지 들이 사용되므로 에너지 저장용 배터리팩을 위한 단전지 생산에는 많은 어려움이 있다. 능동형 셀 발란싱 기술을 사용 하면 이러한 배터리팩의 문제를 해결 할 수 있어 셀 제조원가를 절감 할 수 있을 뿐만 아니라 배터리팩의 가용용량을 늘릴 수 있고 또한 배터리팩의 수명을 연장 할 수 있다.

• 한국융합학회논문지
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• 제8권6호
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• pp.219-226
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• 2017

무인항공기 산업이 성숙해짐에 따라 촬영, 정찰, 구조 등 많은 분야에 무인항공기가 적용되고 있으며, 이로 인하여 신속한 무인항공기의 하드웨어의 설계, 특히 배터리팩의 설계가 필요하게 되었다. 수직이착륙 형태의 배송용 무인항공기의 편리한 배터리팩 구성 설계를 위한 자동 배터리팩 설계 툴을 개발하였다. 전류, 전압 패턴, 여러 셀 사양, 원하는 배터리팩 전압 등의 입력을 하면, 자동 배터리팩 설계 툴이 균질 셀 또는 이종 셀들을 결합하여 최소 중량과 최대 용량을 갖는 배터리팩을 계산한다. 또한 이 툴은 설계된 배터리팩 구성의 사용에 따른 용량 감소 경향을 예측할 수 있다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제18권8호
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• pp.1-7
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• 2017

본 논문은 퍼스널 모빌리티에 사용되는 360 Wh급 리튬이온 배터리 팩의 성능 및 안정성 확보를 위하여 리튬이온 배터리 팩의 열전달 특성에 관하여 상용수치해석 프로그램인 ANSYS v17.0의 CFX를 이용하여 수치적으로 연구하였다. 이를 위하여 퍼스널 모빌리티에 사용되는 360 Wh급 리튬이온 배터리 팩의 배터리 셀 배열을 4가지 경우로 변경하고, 배터리 셀 홀더에 사용되는 재질과 배터리 팩 케이스에 사용되는 재질을 각각 Polypropylene, Aluminium, Magnesium alloy로 변경하였다. 그 결과 배터리 평균 온도는 배터리 셀 배열이 Model 2 일 때 가장 낮게 예측되었으며, 배터리 셀 홀더와 배터리 팩 케이스 재질 변경에 따른 배터리 평균 온도는 대부분의 경우 Aluminium 일 때 가장 낮게 예측되었다. 퍼스널 모빌리티에 사용되는 360 Wh급 리튬이온 배터리 팩의 열전달 성능은 배터리 셀 배열과 배터리 팩 케이스 재질에 많은 영향을 받았으며, 배터리 셀 배열 Model 2와 배터리 팩 케이스 재질이 Aluminium 일 때 가장 높았다.

• 천문학회보
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• 제37권2호
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• pp.188.1-188.1
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• 2012

인공위성에 사용되는 배터리 기술은 1960년대 최초로 사용된 니켈 카드뮴(NiCd)을 시작으로 발전하기 시작해서 현재는 리튬-이온(Li-Ion)에 이르렀다. 리튬-이온 배터리는 높은 Energy Density(작은 크기와 무게), 낮은 자가 방전율을 가짐과 동시에 메모리 효과가 거의 없다는 장점이 있다. 하지만 리튬-이온 배터리 팩의 성능(Voltage, Capacity, Lifetime)은 사용된 Cell간 특성차이(State of Charge, Total Capacity Difference, Internal Impedance)에 의해 제한된다. 일반적으로 배터리는 원하는 전압과 용량을 확보하기 위해 직렬-병렬 혹은 병렬-직렬 구조를 가지는 팩 형태로 제작 된다. Cell간 특성차이가 존재하는 상태에서 배터리 팩을 사용할 경우 특정 Cell의 과충전 및 과방전이 발생하며 이로 인해 수명이 단축될 수 있고 심한 경우 폭발이 발생할 수 도 있다. 또한 Cell간 특성차이는 배터리팩의 사용가능 용량을 제한하는 효과를 가져 온다. 본 논문에서는 Battery 팩을 구성하는 Cell들에 특성 차이가 존재할 경우 발생할 수 있는 Battery 팩의 수명 단축 및 용량 감소 Mechanism에 대해서 고찰한다. 또한 Cell간 특성차이를 극복하기 위해 실제 위성 운용에 적용될 수 있는 배터리팩의 Balancing 방안과 함께 위성에 장착을 위해 보관중인 4p12s Battery의 Balancing 방안에 대해 고찰하고 Balancing 전후의 Cell간 특성(Voltage Dispersion) 차이 측정결과를 보인다. 이렇게 본 논문에서 소개한 리튬-이온 배터리의 전반적인 Balancing 방안은 추후 인공위성에 적용되는 리튬-이온 배터리의 운용 및 보관에 Guide Line을 제시할 것이라고 판단한다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제41권10호
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• pp.693-698
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• 2017

원통형 리튬이온 배터리를 이용한 배터리 팩의 냉각을 위한 해석을 수행하였다. 파우치형에 비해서 원통형 셀을 이용한 배터리 팩은 저렴하면서 신뢰도가 우수한 것으로 알려져 있다. 단지 부피가 파우치 타입에 비해서 크고 디자인적으로 제약이 있다라는 단점을 가지고 있다. 본 논문에서는 18650 배터리를 이용한 배터리팩의 냉각성능을 해석을 통하여 예측하였다. 배터리팩의 온도 안정성은 자동차용 배터리 팩에서 가장 중요한 부분이기 때문이다. 해석을 수행하기 전에 발열 시험을 수행하였으며 열화상 카메라를 이용하여 온도를 측정하고 해석을 통해서 이에 해당하는 발열량 값을 예측하였다. 이를 바탕으로 배터리 팩의 자연대류와 강제대류 해석을 진행하였으며 각각의 냉각 성능을 비교하였다. 배터리 셀을 직접 냉각하는 직접냉각 방식, 배터리 케이스 상하면을 냉각하는 방식, 배터리 케이스 상하면에 공기 통로를 설치하는 세 가지 방식에 대해서 냉각 성능을 비교하였고, 공기채널 방식이 안정성과 냉각성능 면에서 우수함을 해석을 통하여 입증하였다.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2020년도 전력전자학술대회
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• pp.218-220
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• 2020

배터리 팩을 구성하는 단위 셀들은 전기화학적 특성으로 인해 다양한 내부 파라미터들이 동일한 값을 가지지 않고 편차가 있으며, 편차가 심할 경우 과방전 및 과충전의 원인이 될 수 있다. 기존의 연구된 SOF (State-Of-Function) 알고리즘의 경우 SOC (State-Of-Charge), SOH (State-Of-Health)와 같은 파라미터를 하나의 수식으로 정의하여 배터리 팩의 가용 전력을 예측하는 지표로써 사용되어 왔으나, 본 논문에서 제안하는 새로운 SOF 알고리즘은 배터리 팩 내부의 단위 셀간 파라미터들의 편차를 하나의 수식으로 정의하여 배터리 팩의 안전 상태를 나타낼 수 있는 지표로써 활용한다. SOF 알고리즘을 통해 배터리 팩의 안전 상태를 확인하고 검증하기 위해 21700 NMC(LiNiMnCoO₂) 계열의 고용량 배터리를 14S40P로 구성한 배터리 팩을 사용했다.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2018년도 전력전자학술대회
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• pp.460-461
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• 2018

배터리팩의 과방전은 용량감소와 내부저항의 증가를 일으킨다. 본 논문에서는 고출력 배터리팩의 안정적 운용을 위한 전기적 특성 실험 및 이의 체계적 분석을 실시하였다. 4S4P의 고출력 배터리팩을 직육면체, 정육면체의 두 가지 형태로 구성하여 실험을 진행하였다. 과방전(Over-discharge)이 배터리팩에 악영향을 미치기 때문에 배터리팩을 충 방전함에 있어서 안정성 측면에서 이를 중점적으로 고려해야 한다.

• 전력전자학회:학술대회논문집
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• 전력전자학회 2019년도 추계학술대회
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• pp.76-78
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• 2019

에너지저장시스템(Energy storage system; ESS)의 장시간 운용에 따라 배터리 물리적, 화학적으로 배터리 내부 활물질의 변형이 일어나며, 배터리의 전기화학적 특성이 달라진다. 이의 특성을 반영한 배터리 팩의 운용이 필요하며, 안정적이고 장기간 사용하기 위해 배터리 팩 내부 셀 간 불균형을 반영이 필요하다. 하지만, 배터리 팩의 노화로 셀 간 불균형이 발생 시, 같은 조건에서 개별 셀의 노화도를 판단하는 것은 어렵다. 이러한 이유로 배터리 팩뿐만 아니라 개별 셀의 노화를 판단하기 위해 건전성 지표(Health indicator)를 사용한다. 건전성 지표를 사용하여 Hotelling t² 통계량을 적용하여 배터리의 이상 신호 탐지를 수행하였다.