• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제9권3호
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• pp.184-194
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• 2018

In this paper, we propose a rapid-charging system for the lithium-ion battery (LIB) packs used in electric forklifts. The battery offers three benefits: reduced charge time, prolonged battery life, and increased charging efficiency. A rapid-charging algorithm and DC/DC converter topology are proposed to achieve these benefits. This algorithm is developed using an electrochemical model, which controls the maximum charging current limit depending on the cell voltage and temperature. The experimental use of a selected 18650 LIB cell verified the prolongation of battery life on use of the algorithm. The proposed converter offers the same topological merits as a conventional resonant converter but solves the light-load regulation problem of conventional resonant converters by adopting pulse-width modulation. A 6.6-kW converter and charging algorithm were used with a forklift battery pack to verify this method's operational principles and advantages.

• 에너지공학
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• 제22권4호
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• pp.338-346
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• 2013

일반 납축전지는 차량의 시동 성능 위주로 최적 설계되어 있다. 최근 차량 전장 시스템과 납축전지를 활용한 연비기술 적용의 증가로 납축전지의 사용 빈도가 늘어나고 있다. 연비기술 적용은 납축전지의 잦은 충방전 반응을 일으켜 납축전지 내구 수명을 단축시키고 있다. 본 연구에서는 납축전지의 노화 수명 모델 구현을 통해 배터리 내구 수명을 예측하는 방법을 제시하고자 한다. 납축전지의 노화에 영향을 미치는 요인은 방전율, 충전 시간, 완충 시간, 온도 조건 등이 있다. 본 논문에서는 납축전지의 동적 거동을 예측하기 위하여 전기화학반응 속도론, 이온의 전달현상, 전극 공극률의 시간에 따른 변화를 고려하였다. 수명 예측을 위해서 노화 메커니즘 중 노화에 가장 큰 영향을 주는 극판 부식 현상과 활물질 탈락을 노화 모델링에 반영하였다. 개발된 납축전지의 노화 모델을 검증하기 위하여 납축전지의 가속 충방전 시험을 수행하였다.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제12권4호
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• pp.415-423
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• 2021

For a battery module where single cells are connected in series, the single cells should each have a similar state of charge (SOC) to prevent them from being exposed to an overcharge or over-discharge during charge-discharge cycling. To detect the existence of unbalanced SOC cells in a battery module, we propose a simple measurement method using a single-frequency response of electrochemical impedance spectroscopy (EIS). For a commercially available graphite/nickel-cobalt-aluminum-oxide lithium-ion cell, the cell impedance increases significantly below SOC20%, while the impedance in the medium SOC region (SOC20%-SOC80%) remains low with only minor changes. This impedance behavior is mostly due to the elementary processes of cathode reactions in the cell. Among the impedance values (Z, Z', Z"), the imaginary component of Z" regarding cathode reactions changes heavily as a function of SOC, in particular, when the EIS measurement is performed around 0.1 Hz. Thanks to the significant difference in the time constant of cathode reactions between ≤SOC10% and ≥SOC20%, a single-frequency EIS measurement enlarges the difference in impedance between balanced and unbalanced cells in the module and facilitates an ~80% improvement in the detection signal compared to results with conventional EIS measurements.

• 한국인터넷방송통신학회논문지
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• 제24권2호
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• pp.133-138
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• 2024

리튬이온 배터리는 높은 에너지 밀도 빠른 충전조건 긴 사이클수명의 특성으로 여러 분야에서 사용되고 있다. 하지만 리튬이온 배터리는 과충전, 과방전, 물리적손상, 고온에서의 사용은 배터리 수명 감소와 보호회로 손상에 의한 화재 및 폭발에 의한 인명피해를 입힐 수 있다. 이러한 배터리의 위험성을 낮추며 배터리 성능을 향상시키기 위해서는 충전 및 방전 과정에서의 특성들을 분석하고 이해하여야 한다. 따라서 본 논문에서는 배터리 충방전기와 시뮬레이터를 활용하여 리튬이온 배터리의 충전 및 방전 특성을 분석하여 과충전 과방전에 따른 배터리 수명 감소와 보호회로 손상에 의한 화재 및 폭발에 의한 인명피해를 줄이고자 한다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제59권3호
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• pp.393-398
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• 2021

리튬이온전지의 성능을 최적화하기 위해서는 여러 열화 요소들을 고려한 성능 예측 모델링 기술이 필요하다. 본 연구에서는 리튬이온전지의 사이클 노화로 인한 방전 거동 및 사이클 수명 변화를 수학적으로 모델링하였다. 모델링의 신뢰성을 검증하기 위해 0.25C로 사이클 시험을 진행했으며, 30 사이클 간격으로 진행한 RPT (Reference performance test)를 통해 전기적 거동을 파악하였다. 기존의 리튬이온전지의 사이클 수명 예측 모델에 BOL (Beginning of life)에서 일어나는 현상 중 하나인 Break-in 메커니즘을 반영하여 수명예측 정확도를 개선시켰다. 모델에 근거하여 예측된 사이클 수명 변화는 실제 시험 결과와 잘 일치하였다.

• Journal of Power Electronics
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• 제15권3호
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• pp.849-859
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• 2015

This paper proposes a novel compound-type hybrid energy storage system (HESS) that inherits the unique advantages of both battery/supercapacitor (SC) and the SC/battery HESSs for electric vehicles (EVs). Eight operation modes are designed to match this system. A mode control strategy is developed for this HESS on the basis of these modes, and five classes of operation modes are established to simplify this strategy. The mode control strategy focuses on high operating efficiency and high power output. Furthermore, the compound-type HESS is designed such that the SC is the main priority in braking energy absorption. Thus, this HESS can operate efficiently and extend battery life. Simulation results also show that the compound-type HESS can not only supply adequate power to the motor inverter but can also determine suitable operation modes in corresponding conditions. Experimental results demonstrate that this HESS can extend battery life as well. The overall efficiency of the compound-type HESS is higher than those of the battery/SC and the SC/battery HESSs.

• 전기학회논문지
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• 제56권10호
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• pp.1763-1769
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• 2007

To improve the cycle-life and efficiency of an energy storage system for HEV, a dynamic control system consisted of a switch between a battery and an ultracapacitor module is proposed, which is appropriate for mild hybrid vehicle with 42V power net. The switch can be controlled based on the status of the battery and the ultracapacitor module, and a control algorithm that could largely decrease the number of high charging current peak is also implemented. Therefore the cycle life of the battery can be improved such that it is suitable for a mild hybrid vehicle with frequent engine start-stop and regenerative-braking. Also, by maximizing the use of the ultracapacitor, the system efficiency during high current charging and discharging operation is improved. Finally, this system has the effects that improves the efficiency of energy storage system and reduces the fuel consumption of a vehicle. To verify the validity of the proposed system, this paper presented cycles test results of different energy storage systems: a simple VRLA battery, hybrid energy Pack (HEP, a VRLA battery in Parallel with Ultracapacitor) and a HEP with a switch that controlled by energy management system (EMS). From the experimental result, it was proved the effectiveness of the algorithm.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권12호
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• pp.339-345
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• 2020

국방 분야에서 유도무기와 같은 일회성 무기체계는 제작 후 오랜 기간 보관되어지기 때문에 수명 예측이 필수적이다. 본 연구에서는 유도무기에 사용되는 리튬 2차 전지에 대해 수명을 확인하기 위한 연구를 수행하였다. 연구를 위해 5년 이상 무기체계에 탑재되어 사용된 리튬 2차 전지를 확보하였으며, 비기능 검사를 수행하여 외적인 변화나 고장이 발생하였는지 확인하였다. 비기능 검사가 끝난 후 리튬 2차 전지의 성능 측정을 위한 방전 시험을 실시하였으며, 방전 시험 시 전지를 규격에 맞추어 충전한 후 방전 시험을 실시하였다. 방전 시험을 통해 초기 충전 전압, 방전 시간, 전지 온도 등을 측정하였으며, 이를 기존에 측정된 데이터와 비교하여 성능 변화 경향을 확인하였다. F-검정과 일원분산분석(One-way ANOVA, Analysis of Variance), 회귀 분석을 통해 노화가 발생하였는지 확인하였으며, 회귀 분석을 통해 측정된 근사식을 통해 리튬 전지의 수명을 추정하였다. 분산분석 결과 p-value 값이 기준값 0.05보다 작은 것을 알 수 있었으며, 일정 시간이 경과하였을 때에 전지의 성능이 15% 이상 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 성능 변화는 리튬 폴리머 셀의 물성 변화로 인해 일어나는 것으로 추정된다.

• Journal of Power Electronics
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• 제12권1호
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• pp.113-119
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• 2012

This paper describes the design and control of a phase shift full bridge converter with a current doubler, which can be used for the on-board charger for the lead-acid battery of electric forklifts. Unlike the common resistance load, the battery has a large capacitance element and it absorbs the entire converter output ripple current, thereby shortening the battery life and degrading the system efficiency. In this paper a phase shift full bridge converter with a current doubler has been adopted to decrease the output ripple current and the transformer rating of the charger. The charge controller is designed by using the small signal model of the converter, taking into consideration the internal impedance of the battery. The stability and performance of the battery charger is then verified by constant current (CC) and constant voltage (CV) charge experiments using a lead-acid battery bank for an electric forklift.

• KEPCO Journal on Electric Power and Energy
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• 제8권2호
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• pp.143-149
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• 2022

As ESS safety issues increase recently, there is a need to more precisely monitor the temperature of the ESS. In this paper, DTS technology for temperature monitoring of ESS batteries is introduced and the temperature measurement principle is explained. The temperature of the battery module is measured using the DTS system, and the thermal deviation between battery cells inside the battery module is analyzed. In order to analyze how thermal imbalance affects the charging and discharging performance of the battery, an accelerated degradation test was conducted. Cycle life characteristics analysis, battery surface temperature change, and AC impedance characteristics were conducted to analyze how the performance of battery cells differs according to temperature conditions.