Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.40
no.1
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pp.28-33
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2016
Batteries are used for main power engine in the fields such as mobiles, electric vehicles and unmanned submarines, for starter and lamp driver in general automotive, for emergency electric source in ship. These days, lead-acid and the lithium ion batteries are increasingly used in the fields of the secondary battery, and the lead-acid battery has a low price and safety comparatively, The lithium ion battery has a high energy density, excellent output characteristics and long life, whereas it has the risk of explosion by reacting with moisture in the air. But Recently, due to the development of waterproof, fireproof, dustproof technology, lithium batteries are widely used, particularly, because their usages are getting wider enough to be used as a power source for hybrid ship and electric propulsion ship, it is necessary to manage more strictly. Hybrid ship has power supply units connected to the packets to produce more than 500kWh large power source, and therefore, A number of the communication modules and wires need to implement the wire inspection and monitor system(WIIMS) that allows monitoring server to transmit detecting voltage, current and temperature data, which is required for the management of the batteries. This paper implements a low price type wireless inspection and monitoring system(WILIMS) of the lithium ion battery for hybrid vessels using BLE wireless communication modules and power line modem( PLM), which have the advantages of low price, no electric lines compared to serial communication inspection systems(SCIS). There are state of charge(SOC), state of health(SOH) in inspection parts of batteries, and proposed system will be able to prevent safety accidents because it allows us to predict life time and make a preventive maintenance by checking them at regular intervals.
The development of next-generation secondary batteries, including lithium-ion batteries (LIB), requires performance enhancements such as high energy/high power density, low cost, long life, and excellent safety. The discovery of new materials with such requirements is a challenging and time-consuming process with great difficulty. To pursue this challenging endeavor, it is pivotal to understand the structure and interface of electrode materials in a multiscale level at the atomic, molecular, macro-scale during charging / discharging. In this regard, various advanced material characterization tools, including the first-principle calculation, high-resolution electron microscopy, and synchrotron-based X-ray techniques, have been actively employed to understand the charge storage- and degradation-mechanisms of various electrode materials. In this article, we introduce and review recent advances in in-situ synchrotron-based x-ray techniques to study electrode materials for LIBs during thermal degradation and charging/discharging. We show that the fundamental understanding of the structure and interface of the battery materials gained through these advanced in-situ investigations provides valuable insight into designing next-generation electrode materials with significantly improved performance in terms of high energy/high power density, low cost, long life, and excellent safety.
Park, Sun Ho;Oh, Euntaek;Park, Siyoung;Lim, Jihun;Choi, Jin Hyeok;Lee, Yong Min
KEPCO Journal on Electric Power and Energy
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v.6
no.2
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pp.173-179
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2020
Electric vehicles (EVs) using lithium secondary batteries (LIBs) with excellent power and long-term cycle performance are gaining interest as the successors of internal combustion engine (ICE) vehicles. However, there are few systematic researches for fast charging to satisfy customers' needs. In this study, we compare the degradation of LIB where its composition is LiNi0.5Co0.2Mn0.3/Graphite with the constant current and constant power-charging method. The charging speed was set to 1C, 2C, 3C and 4C in the constant current mode and the value of constant power was calculated based on the energy at each charging speed. Therefore, by analyzing the battery degradation based on the same charging energy but different charging method; CP charging method can slow down the battery degradation at a high rate of 3C through the voltage curve, capacity retention and DC-IR. However, when the charging rate was increased by 4C or more, the deviation between the LIBs dominated the degradation than the charging method.
Lithium titanium oxide $(Li_4Ti_5O_{12})$ with spinel-framework structures as anode material for lithium-ion battery was prepared by sol-gel and high energy ball milling (HEBH) method. According to the X-ray diffraction (XRD), Particle Size Analyses(PSA) and scanning electron microscopy (SEM) analysis, uniformly distributed $Li_4Ti_5O_{12}$ particles with grain sizes of 100 nm were observed. Half cells, consisting of $Li_4Ti_5O_{12}$ as working electrode and lithium foil as both counter and reference electrodes showed the high performance of high rate discharge capacity and 173 mAh/g at 0.2C in the range of $1.0\sim2.5 V$. Furthermore, the crystalline structure of $Li_4Ti_5O_{12}$ didn't transform during the lithium intercalation and deintercalation process.
The inconsistencies between paralleled battery cells are becoming more considerable issue in high capacity battery applications like electric vehicles. Due to differences in state-of-charge (SOC) and internal resistance within individual cells in parallel, charging or discharging current is not appropriately balanced to each cell in terms of SOC, which may shorten the lifetime or sometimes cause safety issues. In this paper, an intelligent cell-balancing algorithm is proposed to overcome the inconsistency issue especially for paralleled battery cells. In this scheme, SOC information collected in the sub-BMS module is sent to the main-BMS module, where the number of parallel cells to be connected to DC bus is continuously updated based on the suggested SOC comparison rule. To verify the method, operation of the algorithm on 4 paralleled battery cells are simulated on Matlab/Simulink. The simulation result shows that the SOCs of paralleled cells are evenly redistributed. It is expected that the proposed algorithm provides high reliable and prolong the life cycle and working capacity of the battery pack.
Recently, the use of stable lithium nanostructures as substrates and electrodes for secondary batteries can be a fundamental alternative to the development of next-generation system semiconductor devices. However, lithium structures pose safety concerns by severely limiting battery life due to the growth of Li dendrites during rapid charge/discharge cycles. Also, enabling long cyclability of high-voltage oxide cathodes is a persistent challenge for all-solid-state batteries, largely because of their poor interfacial stabilities against oxide solid electrolytes. For the development of next-generation system semiconductor devices, solid electrolyte nanostructures, which are used in high-density micro-energy storage devices and avoid the instability of liquid electrolytes, can be promising alternatives for next-generation batteries. Nevertheless, poor lithium ion conductivity and structural defects at room temperature have been pointed out as limitations. In this study, a low-dimensional Graphene Oxide (GO) structure was applied to demonstrate stable operation characteristics based on Li+ ion conductivity and excellent electrochemical performance. The low-dimensional structure of GO-based solid electrolytes can provide an important strategy for stable scalable solid-state power system semiconductor applications at room temperature. The device using uncoated bare NCA delivers a low capacity of 89 mA h g-1, while the cell using GO-coated NCA delivers a high capacity of 158 mA h g−1 and a low polarization. A full Li GO-based device was fabricated to demonstrate the practicality of the modified Li structure using the Li-GO heterointerface. This study promises that the lowdimensional structure of Li-GO can be an effective approach for the stabilization of solid-state power system semiconductor architectures.
Nano-sized cathode materials for high power lithium ion polymer battery are easily and economically prepared using united eutectic self-mixing method without any artificial mixing procedures of reactants and ultra-miniaturization of products. While the micro-sized $LiNi_{0.7}Co_{0.3}O_2$ exhibits the discharge capacities of 167.8 mAh/g at 0.1C and 142.5 mAh/g at 3.0C, those of the nano-sized $LiNi_{0.7}Co_{0.3}O_2$ are 170.8 mAh/g at 0.1C and 159.3 mAh/g at 3.0C. In the case of $LiCoO_2$, the micro-sized $LiCoO_2$ exhibits the discharge capacities of 134.8 mAh/g at 0.1C and 118.6 mAh/g at 5.0C. Differently, the nano-sized $LiCoO_2$ exhibits the discharge capacities of 137.2 mAh/g at 0.1C and 131.7 mAh/g at 5.0C.
The development of lithium-ion battery (LIB) technologies and their application in the field of large-scale power sources, such as electric vehicles (EVs), hybrid EVs, and plug-in EVs require enhanced reliability and superior safety. The main components of LIBs should withstand to the inevitable heating of batteries during high current flow. Carbonate solvents that contribute to the dissociation of lithium salts are volatile and potentially combustible and can lead to the thermal runaway of batteries at any abuse conditions. Recently, an interest in nonflammable materials is greatly growing as a means for improving battery safety. In this review paper, novel approaches are described for designing highly safe electrolytes in detail. Non-flammability of liquid electrolytes and battery safety can be achieved by replacing flammable organic solvents with thermally resistive materials such as flame-retardants, fluorinated organic solvents, and ionic liquids.
본 논문에서는 리튬이온 배터리의 전기적인 특성 실험을 통해 열 해석에 필요한 인자를 추출하고 이를 이용하여 열 해석의 상용 프로그램인 COMSOL과 ANSYS에서 서로 다른 방법으로 열 해석을 진행한다. 두 프로그램의 열 해석을 통해 얻은 데이터와 측정 데이터를 비교분석 한 결과 유사 경향성을 확인하였고, 이를 통해 전기적 열 해석 모델의 신뢰성을 확보한다.
The conventional methods used to evaluate battery state-of-charge (SOC) cannot accommodate the chemistry nonlinearities, measurement inaccuracies and parameter perturbations involved in estimation systems. In this paper, an impedance-based equivalent circuit model has been constructed with respect to a LiFePO4 battery by approximating the electrochemical impedance spectrum (EIS) with RC circuits. The efficiencies of approximating the EIS with RC networks in different series-parallel forms are first discussed. Additionally, the typical hysteresis characteristic is modeled through an empirical approach. Subsequently, a methodology incorporating an H-infinity observer designated for open-circuit voltage (OCV) observation and a hysteresis model developed for OCV-SOC mapping is proposed. Thereafter, evaluation experiments under FUDS and UDDS test cycles are undertaken with varying temperatures and different current-sense bias. Experimental comparisons, in comparison with the EKF based method, indicate that the proposed SOC estimator is more effective and robust. Moreover, test results on a group of Li-ion batteries, from different manufacturers and of different chemistries, show that the proposed method has high generalization capability for all the three types of Li-ion batteries.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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